CN105322046B - 一种用于对晶体硅进行钝化的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于对晶体硅进行钝化的设备及方法，所述设备包括钝化单元和传输单元，所述钝化单元包括：炉体，在所述炉体一侧设置有第一进料口，另一侧设置有第一出料口；在所述炉体腔内的下部设置有透明腔室，在所述透明腔室的一侧设置有第二进料口，另一侧设置有第二出料口，所述透明腔室与进气管相连，且所述进气管的气体出口端位于所述透明腔室内部，所述进气管的气体入口端位于所述炉体外侧；所述炉体腔内设置有加热装置和紫外光源；所述传输单元包括传输皮带，所述传输皮带依次通过所述第一进料口和所述第二进料口进入透明腔室，并依次通过所述第二出料口和所述第一出料口离开炉体。

Description

一种用于对晶体硅进行钝化的设备及方法

技术领域

本发明涉及晶体硅制备领域，特别涉及一种用于对晶体硅进行钝化的设备及方法。

背景技术

目前，太阳能发电在世界各国都受到了高度的重视，而作为太阳能发电的核心部件—太阳能电池，自然成为各国研究人员的研究热点。这里所说的太阳能电池一般是指将单个晶体硅太阳能电池进行串联或并联后，再严密封装所形成的晶体硅光伏组件。

现有技术中，存在于晶体硅光伏组件中的电路与其接地金属边框之间的高电压，会造成组件的光伏性能的持续衰减。造成此类衰减的机理是多方面的，例如在上述高电压的作用下，组件电池的封装材料和组件上表面层及下表面层的材料中出现的离子迁移现象；电池中出现的热载流子现象；电荷的再分配削减了电池的活性层；相关的电路被腐蚀等等。这些引起衰减的机理被称之为电位诱发衰减(Potential Induced Degradation，PID)，导致晶体硅光伏组件的光伏性能变差。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例公开了一种用于对晶体硅进行钝化的设备及方法，技术方案如下：

一种用于对晶体硅进行钝化的设备，包括钝化单元和传输单元，所述钝化单元包括：炉体，在所述炉体一侧设置有第一进料口，另一侧设置有第一出料口；在所述炉体腔内的下部设置有透明腔室，在所述透明腔室的一侧设置有第二进料口，另一侧设置有第二出料口，所述透明腔室与进气管相连，且所述进气管的气体出口端位于所述透明腔室内部，所述进气管的气体入口端位于所述炉体外侧；所述炉体腔内设置有加热装置和紫外光源；

所述传输单元包括传输皮带，所述传输皮带依次通过所述第一进料口和所述第二进料口进入透明腔室，并依次通过所述第二出料口和所述第一出料口离开炉体。

同时，本发明实施例还提供了一种应用上述设备对晶体硅进行钝化的方法，包括：

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至预设的第一温度阈值；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至第一温度阈值的晶体硅进行紫外线照射5～150秒，使透明腔室内部的氧气形成臭氧，再利用臭氧与透明腔室内的晶体硅表面发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

本发明技术方案通过将晶体硅置于透明腔室中，在将其加热至第一温度阈值后，利用预置在透明腔室外部的紫外光源对透明腔室内的晶体硅进行紫外线照射，由于紫外线在透明腔室中会发生折射、反射，使得紫外线可以从多角度照射晶体硅表面，使得晶体硅表面的氧气转化成臭氧后与晶体硅反应，在其表面形成致密的SiO₂钝化层，大大减少电位诱发衰减(Potential Induced Degradation，PID)的发生，防止晶体硅光伏组件的光伏性能变差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施1的一种用于对晶体硅进行钝化的设备结构示意图；

图2为本发明实施1的另一种用于对晶体硅进行钝化的设备结构示意图；

图3为本发明实施1的另一种用于对晶体硅进行钝化的设备结构示意图；

图4为本发明实施1的另一种用于对晶体硅进行钝化的设备结构示意图；

图5为本发明实施1的另一种用于对晶体硅进行钝化的设备结构示意图；

图6为实施1中调节装置15和支架16的局部放大结构示意图；

图7是沿图6中A-A线的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种用于对晶体硅进行钝化的设备，包括钝化单元和传输单元，

所述钝化单元包括：炉体1，在所述炉体一侧设置有第一进料口，另一侧设置有第一出料口；在所述炉体1腔内的下部设置有透明腔室2，在所述透明腔室2的一侧设置有第二进料口，另一侧设置有第二出料口，所述透明腔室2与进气管3相连，且所述进气管3的气体出口端位于所述透明腔室2内部，所述进气管3的气体入口端位于所述炉体1外侧；所述炉体1腔内设置有加热装置4和紫外光源5；

所述传输单元包括传输皮带6，所述传输皮带6依次通过所述第一进料口和所述第二进料口进入透明腔室2，并依次通过所述第二出料口和所述第一出料口离开炉体1。

如图1所示，所述对晶体硅进行钝化的设备还具有其它辅助部件，包括：框架7、驱动电机8、驱动皮带9、主动辊10和传动辊11，所述框架7、驱动电机8、驱动皮带9、主动辊10和传动辊11，这些辅助部件的实现方式与现有技术相同，在本实施例中不做详细说明。

需要说明的是，图1只是一种用于对晶体硅进行钝化的设备的结构示意图，虽然图1中出现了多个热装置4和多个紫外光源5，但并不表示本发明的技术方案中就存在相应数量的热装置4和相应数量的紫外光源5，图1只能表示本发明的技术方案中存在热装置4和紫外光源5，图中显示的热装置4和紫外光源5的具体数量不能成为对本发明技术方案的限定。

在本发明的技术方案中，优选使用的紫外光源为能发出150-250nm波长紫外线的紫外光源。更优选使用能发出180-220nm波长紫外线的紫外光源。

在实际应用中，上述的加热装置4可选择红外加热灯或其它能够对炉体1中的气体进行加热的装置，例如电阻丝加热器。

需要说明的是，对于加热装置4的种类、数量以及安装位置，本领域技术人员可以根据实际生产需要进行选择，本发明在此不作具体限定。

在具体实施本发明的技术方案过程中，透明腔室的材料可以选择石英，当然，可以理解的是，其它的透明材料，例如玻璃或其它能够透过紫外线的材料都可以应用在本发明的技术方案中。透明腔室材料的选择本领域技术人员可以根据实际生产需要确定，本发明在此不作具体限定。

在具体实施本发明的技术方案过程中，可以将炉体1设计成可拆分的上炉体和下炉体。这样可以更加便于对炉体1内的透明腔室2、加热装置4或紫外光源5等部件进行安装和维护。

同理，在具体实施本发明的技术方案过程中，可也以将透明腔室2设计成可拆分的透明腔体和透明盖板，从而可以对透明腔室的部件进行安装和维护。

在具体实施本发明的技术方案过程中，为防止由于紫外线的照射造成传输皮带6的老化，传输皮带6可选用耐紫外线的材料制成。当然可以理解的是，不选用耐紫外线的材料制成的传输皮带6同样可以实现本发明的技术方案。本领域技术人员可以根据实际情况来选择传输皮带6的材料、宽度、厚度及样式，本发明在此不作具体限定。

由于紫外线会造成材料的老化，且在使用过程中，紫外光源5要一直处于工作状态，其产生的热量可能导致炉本1中气体的温度上升过快，温度过高。

为解决这个问题，如图2所示，在本发明的一种优选实施方式中，穿过所述炉体1上壁设置有排风装置12，所述排风装置下部设置有排风罩，所述排风罩位于所述炉体1腔内，所述紫外光源5位于所述排风罩内。

将紫外光源5放置在排风罩内，可以在保证紫外光源5发出的紫外线能够照射到透明腔室2内部的晶体硅上，又可以尽量减少炉体1腔内其它的装置受到紫外线的照射，同时，炉体1腔体内的紫外线激发的臭氧可经排风罩排出。

当由于紫外光源5长期工作导致其周围温度过高时，排风装置12向炉体外排风，这样可以带走多余的热量，从而将紫外光源5周围的温度降低到合适的范围内。

由于排风装置7属于现有技术，其种类、型号可以由本领域技术人员根据实际情况来选择，本发明在此不作具体限定。

晶体硅在被送至透明腔室2内后，直到离开炉体1之前，由于一直处于被加热状态，所以当它离开炉体1后，温度仍然较高，需要进行冷却后才能进入下一工序。采用自然冷却的方式可以实现本发明的技术方案，但是，冷却时间长，影响生产效率。

针对上述问题，在本发明的一种优选实施方式中，在所述炉体1外侧且第一出料口上方设置有冷却装置13，如图3所示。

当晶体硅离开炉体1后，被送至冷却装置13下方，冷却装置13对晶体硅进行冷却，冷却的方式可以使用冷风吹扫冷却，当晶体硅被冷却至合适的温度后，进入下一工序。

冷却装置13属于现有技术，其种类、型号本领域技术人员可以根据实际情况来选择，本发明在此不作具体限定。

如图4所示，在本发明的一种优选实施方式中，在所述透明腔室2内底部设置有布气管14，所述布气管14带有气孔，所述布气管14的气体进口端与所述进气管3的气体出口端相连。

当进气管3向透明腔室2内输送氧气时，首先将氧气送至布气管14内，然后由布气管14管壁上的气孔向透明腔室2内均匀释放。

这样会使氧气在透明腔室内的分布更加均匀，更有利于生成均匀的钝化层，不仅如此，还可以大减少氧气的用量。节省生产成本。

在实际应用中，布气管14可以设置一条或多条，布气管14的横截面可以圆形、方形或其它形状，布气管14可以以直线样式、螺旋纹样式、蛇形线样式或其它的样式分布在透明腔室底部。

需要说明的是，布气管14的数量、横截面的形状以及分布方式本领域技术人员可以根据实际情况来选择，本发明在此不作具体限定。

在实际应用中，传输皮带6可能会由于某种原因变松或变紧，即传输皮带6前后的松紧程度不同，这会影响晶体硅的传输。

为解决这个问题，在本发明技术方案的一种优选实施方式中，如图5所示，所述传输单元还包括驱动调节装置15和支架16，驱动调节装置15用于调节所述传输皮带6的松紧程度，调节装置15和支架16的结构放大图如图6所示，所述驱动调节装置的剖视图如图7所示，包括：调节辊151、滑动轴承座152、轴承153、限位螺钉154和弹簧155，所述支架16两侧的相同位置分别设置有限位槽，所述限位槽内分别设置有滑动轴承座152，所述滑动轴承座152通过所述限位螺钉154贴合在所述支架16上；所述调节辊151安装在所述滑动轴承座152的轴承153上；所述弹簧155的两端分别固定于所述滑动轴承座152和所述支架16，以使所述滑动轴承座152在所述限位槽内滑动。

增加驱动调节装置15后，当传输皮带6的松紧程度小于预设的松紧程度时，弹簧155驱动滑动轴承座152在限位槽内滑动，使得传输皮带6的松紧程度恢复到预设的松紧程度；当传输皮带6的松紧程度大于预设的松紧程度时，弹簧155驱动滑动轴承座152在限位槽内向相反方向滑动，使得传输皮带6的松紧程度恢复到预设的松紧程度。

在具体实施本发明的技术方案过程中，可以将传动辊和驱动辊设计成两端垂直于中轴线的截面直径小于中心处垂直于中轴线的截面直径，这样可以保证传输皮带6运行时不会发生跑偏现象。

需要说明的是，以上各优选实施方式即可以单独实施，也可以部分组合一起或全部组合在一起实施，以达到更好的效果。具体采用何种方式，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本发明在此不作限定。

相应于上面用于对晶体硅进行钝化的设备，本发明还提供了一种应用该设备对晶体硅进行钝化的方法。下面结合实施例2-5对该方法进行描述。

实施例2

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至30℃；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至30℃的晶体硅进行紫外线照射，照射时间为140秒，使透明腔室内的晶体硅发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

实施例3

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至300℃；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至300℃的晶体硅进行紫外线照射，，照射时间为5秒，使透明腔室内的晶体硅发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

实施例4

应用带有冷却装置8的钝化设备，对对晶体硅进行钝化。

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至80℃；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至80℃的晶体硅进行紫外线照射，，照射时间为100秒，使透明腔室内的晶体硅发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

在所述将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体后，进一步包括：在所述冷却装置的作用下冷却至60℃。

实施例5

应用带有冷却装置8的钝化设备，对对晶体硅进行钝化。

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至240℃；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至240℃的晶体硅进行紫外线照射，照射时间为30秒，使透明腔室内的晶体硅发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

在所述将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体后，进一步包括：在所述冷却装置的作用下冷却至15℃。

性能测试

(1)PID测试

取五组晶体硅，分别为实施例2组，实施例3组，实施例4组，实施例5组和对照组(未钝化的晶体硅)，每组三片。将这五组晶体硅制成电池板组件后按如下方法进行测试，其中，由于晶体硅制成电池板组件属于现有技术，且其制备方法对测试本身没有影响，本领域技术人员完全可以在没有创造性劳动的情况下实现。

测试根据国际电工委员会的制定的标准(IEC62804Ed.1.0)。测试条件为：测试环境温度：60℃±2℃；测试环境相对湿度：85％±5％；测试时间：96小时。各组测试结果取平均值后如表1所示。

表1PID测试结果

组别	实施例2组	实施例3组	实施例4组	实施例5组	对照组
						PID值	0.6％	0.3％	0.8％	0.6％	35％

(2)转换效率测试

取五组晶体硅，分别为实施例2组，实施例3组，实施例4组，实施例5组和对照组(未钝化的晶体硅)，每组三片，将各组晶体硅制成电池板组件后按如下方法进行测试，其中，由于晶体硅制成电池板组件属于现有技术，且其制备方法对测试本身没有影响，本领域技术人员完全可以在没有创造性劳动的情况下实现。

采用标准光强对各组电池板组件进行照射，并使用太阳能电池组件测试仪(型号为SMT-A)测试Vop(最佳工作电压)，Iop(最佳工作电流)，其中，标准光强为AM1.5，1000W/平方米，组件温度25℃。

依据公式η＝(Vop×Iop)/(Pin×S)×100％

计算出电池板组件的效率。其中，Pin为入射光强，在这本发明实施例中为标准光强，S为电池板组件的硅片面积。各组测试结果取平均值后如表2所示。

表2转换效率测试结果

由表1和表2中可以看出，晶体硅生钝化层后，与未钝化的晶体硅相比，可以有效的降低PID现象，并且能提高光能专换效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种用于对晶体硅进行钝化的设备，包括钝化单元和传输单元，其特征在于，

所述钝化单元包括：炉体，在所述炉体一侧设置有第一进料口，另一侧设置有第一出料口；在所述炉体腔内的下部设置有透明腔室，在所述透明腔室的一侧设置有第二进料口，另一侧设置有第二出料口，所述透明腔室与进气管相连，且所述进气管的气体出口端位于所述透明腔室内部，所述进气管的气体入口端位于所述炉体外侧；所述炉体腔内设置有加热装置和紫外光源；所述加热装置为红外加热灯或电阻丝加热器；所述透明腔室内底部设置有布气管，所述布气管带有气孔，所述布气管的气体进口端与所述进气管的气体出口端相连；

所述传输单元包括传输皮带，所述传输皮带依次通过所述第一进料口和所述第二进料口进入透明腔室，并依次通过所述第二出料口和所述第一出料口离开炉体。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，穿过所述炉体上壁设置有排风装置，所述排风装置下部设置有排风罩，所述排风罩位于所述炉体腔内，所述紫外光源位于所述排风罩内。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述炉体外侧且第一出料口上方设置有冷却装置。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述传输单元还包括驱动调节装置，用于调节所述传输皮带的松紧程度，所述驱动调节装置包括：支架、调节辊、滑动轴承座、限位螺钉和弹簧，所述支架两侧的相同位置分别设置有限位槽，所述限位槽内分别设置有滑动轴承座，所述滑动轴承座通过所述限位螺钉贴合在所述支架上；所述调节辊安装在所述滑动轴承座的轴承上；所述弹簧的两端分别固定于所述滑动轴承座和所述支架，以使所述滑动轴承座在所述限位槽内滑动。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，所述传输单元还包括：传动辊和驱动辊，所述传动辊和驱动辊用于驱动所述传输皮带转动，其特征在于，所述传动辊和驱动辊两端垂直于中轴线的截面直径小于中心处垂直于中轴线的截面直径。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述透明腔室的材料为石英或玻璃。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述炉体包括可拆分的上炉体和下炉体。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述透明腔室包括透明腔体和透明盖板。

9.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述紫外光源发出的紫外线的波长范围为150-250nm。

10.如权利要求1-3中任意一项所述的设备，其特征在于，所述紫外光源发出的紫外线的波长范围为180-220nm。

11.一种应用权利要求1所述的设备对晶体硅进行钝化的方法，其特征在于，包括：

将刻蚀后的晶体硅由传输皮带送入透明腔室，所述透明腔室内由进气管通入氧气；

将透明腔室内的晶体硅由加热装置加热至预设的第一温度阈值；

利用预置在透明腔室外部的紫外光源对加热至第一温度阈值的晶体硅进行紫外线照射5～150秒，使透明腔室内部的氧气形成臭氧，臭氧使透明腔室内的晶体硅表面发生氧化反应，生成钝化层；

将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述设备还包括冷却装置，所述冷却装置位于所述炉体外侧且第一出料口上方；

在所述将生成钝化层的晶体硅由传输皮带移出炉体后，所述方法进一步包括：在所述冷却装置的作用下冷却至第二温度阈值。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一温度阈值的范围为20-300℃。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一温度阈值的范围为80-250℃。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第二温度阈值的范围为10-70℃。