单晶PERC背钝化层自动化设备降低吸盘印的研究

张云鹏，赵科巍，鲁桂林，郭 鹏，郭 丽，郭 卫，杨飞飞，吕 涛，刘文超

(潞安太阳能有限责任公司，山西 长治 046000)

单晶PERC全称为发射极及背表面钝化的太阳能电池，是一种高效的晶硅光伏电池结构，主要生产流程是:制绒-扩散-碱抛-去PSG-氧化-正PECVD-背PECVD-激光-丝网印刷-烧结-测试分选。背PECVD是单晶 PERC 生产线的必备工艺[1]，利用在电池背面形成钝化层，与薄膜的氢钝化效应，将硅片的有效载流子寿命从 10-20μs提高到 100-200μs，这样可以极大地提升电池片的内量子效率，从而提高单晶电池片转换效率[2]。在电池片生产过程中的自动化设备吸盘吸取硅片时，极易对背钝化层造成吸盘印。在EL测试中，能明显的表现出来，如图1 所示，降低硅片背钝化层的吸盘印比例问题迫在眉睫。

图1 对背钝化层造成的吸盘印

1 吸盘印产生原因分析

背PECVD 工序使用的自动化设备是全自动石墨舟插片机，由机器人带动吸附组一次抓取26张硅片放入石墨舟内，进行背PECVD 工艺。在运行过程中，产生背钝化层吸盘印的因素主要有以下二个方面：(1)吸盘的真空度太高，压力过大，导致在吸盘吸孔与硅片未接触处使硅片产生了形变，损坏了硅片表面的膜，而留下了印记。(2)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，产生了吸盘印。吸盘印问题一直困扰着整个电池片的生产，为了解决吸盘印问题，我们通过试验跟踪测试，最后找出了具体的解决办法。

2 采取的改善措施

2.1 机械手点位的优化

机械手吸附组点位是对内置参数的修正，主要对Y轴和Z轴参数进行修正，如调整机械手远离舟壁，则只需要在原有修正点位上加上相应的数值即可“Y+”，如调整机械手靠近舟壁，则只需要在原有修正点位上减掉相应的数值即可“Y-”。如调整机械手远离舟底部卡点，则只需要在原有修正点位上加上相应的数值即可“Z+”，如调整机械手靠近舟卡点，则只需要在原有修正点位上减掉相应的数值即可“Z-”。为降低吸盘印比例，对Y轴和Z轴参数进行优化调整。

针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备，试验使用固定的1个石墨舟，对经过Y轴和Z轴参数优化，具体优化步骤，如表1所示。

表1 机器人点位优化步骤

图2 不同点位的吸盘印比例

从图2中可以看出，Y轴和Z轴参数优化后，吸盘印比例有一定下降，从35%下降为24%，下降比例为11%。因此，优化机械手点位对降低的吸盘印比例有一定的改善效果。

2.2 调整吸盘的压力

吸附组由 26 片独立吸盘组装而成，每片吸盘上含有 3 个弹簧。当真空打开后，弹簧吸嘴有了一定的负压，在吸取硅片的过程中，产生微量弹性浮动，3个弹簧吸嘴贴紧硅片进行吸附。如果吸盘产生的真空度太高，压力过大，而电池片源厚度较薄，在吸盘吸孔与硅片未接触处的使硅片产生了形变，损坏了硅片表面的膜，从而留下了吸盘印。因此，需要对吸盘真空发生器的进气压力进行调整。

针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备，试验使用固定的1个石墨舟，压力分别调整为为0．5MPa、0．45MPa、0.4MPa、0.35MPa和0．30MPa。

图3 不同压力的吸盘印比例

从图3中可以看出调整不同压力后，吸盘印比例有一定下降，从24%下降为18%，下降比例为6%。但是如果压力再小就会出现掉片的问题，最佳压力为0.35MPa。因此，调整压力后对降低的吸盘印比例也有一定的改善效果。

2.3 打磨吸盘并调整机械手运行轨迹

观察发现，吸附组的吸盘表面非常的粗糙，吸盘与硅片接触时，很容易造成吸盘印。用制绒后的片子对吸盘进行手工打磨，上下打磨3组，一组100次，发现吸盘表面的光滑度有明显的改善。吸附组插入硅片的过程中，如果硅片太贴紧舟叶片旋转，虽然硅片落入卡点的效果很好，但是一定会产生吸盘印；如果硅片远离舟叶片旋转，会使硅片卡的太松，存在掉片的风险。因此，在优化点位的基础上，试验直接取消整个旋转过程。

针对同一台PECVD炉和固定的一台上下料设备，试验使用固定的1个石墨舟，用制绒后的片子对吸盘进行打磨，上下打磨3组，一组100次，并且试验了带旋转和不带旋转的点位。

从图4中可以看出打磨吸盘并调整机械手运行轨迹后，吸盘印比例有下降明显，从18%下降为0%，下降比例为18%。因此，打磨吸盘并调整机械手运行轨迹后对降低吸盘印的比例有非常好的效果。

图4 打磨旋转位点的吸盘印比例

3 结论

对机械手点位、调整吸盘的压力和打磨吸盘并调整机械手运行轨迹三个方面进行优化后，吸盘印问题得到了彻底的改善。解决了背钝化层自动化设备的吸盘印问题，改善了设备的运行状态，提高了产品良率，为后续产线良率的提高带来新的思路和参考。在光伏产业化规模发展的现阶段，降本提效是光伏行业发展的关键，随着电池片PERC 电池生产的日渐增产，产量和效率得到同步提升时，良率的提升也会得好更大的关注。