退火自动化上下料设备提升良品率的措施

卫晓冲

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

PERC：发射极及背表面钝化的太阳能电池，是一种高效的先进晶硅光伏电池结构，可实现单晶电池转换效率提高0.8%～1.2%，多晶电池转换效率提高0.5%～0.8%[1]。随着PERC电池技术的成熟及市场对高效组件需求的激增，一线厂商均在积极扩产，高效PERC电池正引领光伏市场。

1 单晶PERC电池片生产工艺简介

单晶PERC电池片的主要工艺流程有：制绒—扩散—刻蚀—退火—背钝化—PECVD—激光消融—丝网印刷—烧结—测试分选，退火，是高效晶体硅电池的必备工艺[2]。其主要作用是进行热氧化，在硅片表面形成较薄的钝化层。作为退火工艺的上下料设备，作为整个工艺不可缺少的一环，尽可能的降低该步骤的硅片的不良率，是追求效益最大化的生产厂家的一致愿景。

2 设备的功能介绍

退火工艺时，硅片的承载舟具是石英舟，其前后道工艺的硅片承载花篮是容量为100片硅片的篮具，间距为4.76 mm，本文讨论的设备使用的石英舟，是容量1 200片，间距2.38 mm，平舟。

退火自动化上下料设备的功能就是，将石英舟内两两背靠背退火后的硅片取出，放入100片篮具，再吸取100片篮具中未退火的硅片，将其两两背靠背装入石英舟内进行退火工艺。

其工作过程包括以下几步：

装片步骤：1)一正一反两个篮具分别传送到位并定位，将篮具内硅片托起并校正。

2)两组真空吸盘移动到篮具上方，吸取硅片。

3)再移动到石英舟上方，将硅片两两紧贴，插入石英舟。

卸片步骤：1)吸盘吸取石英舟内硅片，并实现硅片两两分离。

2)吸盘移动到篮具上方，放置硅片到托齿上，校正硅片。

3)硅片落入篮具，传送篮具到下料区。

3 不良片产生原因分析及改善措施

在EL(电致发光)测试中，出现的不良硅片，在此上下料过程中产生的，主要表现有硅片表面出现吸盘印、划伤等痕迹，如图1～图4所示。

3.1 产生的原因分析

◆ 如图1所示，印记为边缘清晰的圆圈，与吸盘的吸孔形状大小相吻合，如果吸盘产生的真空度太高，吸力过大，而PERC电池片源厚度较薄，在吸盘吸孔处使硅片产生了形变，损坏了硅片表面的膜，从而留下印记。

◆ 如图2所示，这样的印记，说明在硅片插取片过程中，吸盘与硅片产生了摩擦，发生了相对运动，才会产生这样的吸盘印。

◆ 如图3所示，长条直线型、大面积划伤，说明硅片有大面积的接触型摩擦，分析插片机的装卸流程，只有卸片时，背靠背的两张硅片，在分开的过程中，两张硅片之间会产生这样的摩擦，要消除这种划伤，必须改善分片流程。

◆ 如图4所示，划伤在硅片两侧，对比痕迹与硅片的相对位置，分析该划伤可能产生于硅片与石英舟齿槽的摩擦，及硅片与篮具上方校正齿的摩擦。

图1 吸盘印1 图2 吸盘印2

3.2 采取的改善措施

1) 首先将吸盘真空发生器的进气气源进行调整，原来为0.5 MPa，调小到0.35 MPa；将吸盘吸孔大小改为Φ5 mm，这样，同样的真空度，由于施加到硅片的面积变小了，硅片上吸孔处的受力就变小了，硅片也就不会产生形变了。

2) 硅片与吸盘可能产生相对运动的地方，有两处：a)吸盘吸着硅片往石英舟托齿上插的时候;b)吸盘吸着硅片往篮具托齿上插的时候，将这两处吸盘下降的距离调高0.5 mm，防止有的硅片变形或硅片不齐，顶到托齿上，产生相对运动，而产生印记。

3)要消除大面积划伤，就要让硅片与硅片之间少接触，改善分片流程，先X方向移动2 mm，使两张紧贴的硅片完全分开，然后再横移分片，往篮具处移动。

4)消除两侧划伤，首先要保证硅片的变形在合理范围内，硅片翘曲度小于1 mm，其次，石英舟齿槽的尺寸误差要小于0.2 mm，然后改变硅片与校正齿的接触角度，硅片与校正齿成点接触，不会产生线性划伤。

3.3 改善效果

针对同一台退火炉和固定的一台上下料设备，炉内使用固定的5个石英舟，经过连续10 d，每天24 h的生产，跟踪每天的生产数据，经过统计，在该工序，硅片不良率由0.5%降低到0.05%以下。

4 总结

通过对设备吸盘的结构，动作流程和各种参数的优化，改善了设备的运行状态，提高了产品良率，对于之后的同类设备更深入的探索研究，带来新的思路和参考。

[1] 蔡先武，周子游，刘文峰.单晶硅PERC高效太阳电池量产工艺研究[D].北京：中国可再生能源学会，2017.

[2] 陈璐，吴翔，魏凯峰.PERC太阳能电池生产工艺研究[D].北京：中国电子学会, 2017.