太阳能光电工程学院《光伏材料制造设备原理与控制》课程设计报告书题目：光伏材料制造设备的控制系统姓名：专业：班级： 10级光伏材料加工与应用技术准考证号：设计成绩：指导教师：摘要单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。
这种太阳电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求99.999％。
为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。
有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。
光伏产业是世界上发展最快的能源产业之一，在各国政府的扶持下，光伏发电产业自20 世纪80 年代以来得到了迅速发展。
最近10 年光伏发电产业的年平均增长率为30%，近5年的年平均增长率为40%。
随着全球经济的复苏,光伏下游电站市场的融资环境渐趋好转,2009 年下半年开始光伏产业强劲复苏,全球全年装机容量 6.5GW。
但是太阳能应用的成本的高直接制约着太阳能的利用。
本设计主要以如何降低太阳能应用的成本，来阐述光伏材料制造设备的控制系统。
关键词光伏材料设备系统目录绪言 (3)1.太阳能电池的产业链和生产过程 (4)1.1太阳能光伏产业链 (4)1.2太阳能电池的生产过程 (4)2.光伏材料的制造设备 (4)2.1清洗制绒设备 (4)2.2扩散制结设备 (5)3.3刻蚀清洗设备 (5)3.4丝网印刷设备及工作原理 (6)3.5电极烧结设备 (11)结束语 (12)参考文献 (13)绪言当今世界，随着人类对传统资源如煤矿等的过度开采和利用，引发了一些环境污染问题，也引起了社会各界人士的广泛关注，如今，能源问题已成为全球关注的重大问题。
各大国在经济竞争的同时，也在竞争着对新能源的开发及利用。
因而，为了使人类更加合理地利用自然资源，同时也为了国家的可持续发展，新能源材料的研发已经成为国家科技战略的基本内容。
新能源是指传统能源之外的各种能源形式，主要包括太阳能、地热能、风能、海洋能以及由可再生能源衍生出的生物燃料和氢所产生的能量。
新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。
新能源材料主要包括：太阳能电池材料、镍氢电池材料、锂离子电池材料、反应堆核能材料。
通过了解光伏发电转换原理，我了解了光伏发电过程中的一些发电材料的运用。
从一代的单晶硅，多晶硅和非晶硅等材料，到二代的以一种可粘接的薄膜为核心的发电材料，无不展示着世界光伏发电产业的迅速发展和光伏发电材料的进步。
最后，通过简单的两点建议提出了未来光伏电池材料的发展趋势主流仍在于提高光电转换效率以及降低电池材料的成本。
1.太阳能电池的产业链和生产过程1.1太阳能光伏产业链单晶硅电池：硅矿石（石英砂）→工业硅（99%纯度）→高纯硅（6N以上）→拉单晶→切片→电池片→组件→应用系统;多晶硅电池：硅矿石（石英砂）→工业硅（99%纯度）→高纯硅（（6N以上）→铸锭→破锭、切片→电池片→组件→应用系统;1.2太阳能电池的生产过程清洗制绒→扩散→刻蚀→去PSG→制备氮化硅→印刷背电极→烘干→印刷背电场→烘干→印刷正电极→烘干→烧结→测试分选→包装2.光伏材料的制造设备2.1清洗制绒设备硅片在切割过程中会在表面形成大约10μm厚的损伤层，这一层因为与硅片基体的状态已经不同，基本上已经剥离于集体，会严重影响半导体器件（太阳电池）的性能。
清洗工序制绒工艺就是利用硅片的这一层损伤层，通过硝酸对其氧化制绒，形成高低不平的表面，大大增加电池片表面的受光面积，减少反射，从而提高太阳电池的转换效率。
RENA Inline Texture Etching 1、使用环境条件a) 环境温度：0 ℃～40 ℃ b) 相对湿度：＜85%、无凝露 c）周围环境：无腐蚀性气体 2、工作条件三相五线制电源，有纯水源、压缩空气源及带负压的排风系统。
RENA Inline Texture Etching包括上料→HNO3及HF腐蚀→冲洗1→KOH 润洗→冲洗2→HF及HCl润洗→冲洗3→气刀风干→下料。
1、车间净化和通风系统是否正常运行。
2、工艺气体和水压是否充足。
3、供电是否正常。
1、操作准备：确认设备能正常运行,压缩空气、DI水等压力及流量正常。
戴口罩，操作时戴洁净手套，并保持室内正压，严禁随便开启门窗,以保持室内的洁净度。
2、信号灯及其状态灯声音状态信息无无声音机器处于关闭模式或SERVICE （服务）状态 2 绿（连续）无声音 1．机器处于自动模式。
2、机器处于准备并在工艺运行中。
绿（闪烁）无声音 1．机器处于自动模式。
2、机器准备执行工艺。
黄（连续）蜂鸣响指令错误，未解决黄（闪烁）无声音机器处于手动模式。
红（连续）无声音当前有机器错误或异常中断错误并已承认。
红（连续）蜂鸣响新的机器错误或异常中断错误，并未解决。
蓝（连续）无声音机器处于待命，并等待新的硅片。
3、设备的操作模式 1）操作模式关闭：关闭所有输出信号。
例如设备停止时，选择这种操作模式。
状态显示的背景颜色是蓝色。
模块关闭，所有输出信号关闭。
2）手动模式：单独控制每一模块的状态。
状态显示的背景颜色是黄色。
模块处于手动模式。
3）服务模式：主要用于维护。
当选择该模式，关闭所有输出信号。
可以在屏幕的“输出”内手动关闭独立部件。
没有安全互锁。
状态显示的背景颜色是红色。
模块处于服务模式。
4）自动模式：当所有部分处于准备时并且不是工艺中即不忙时，选择该模式后，设备可以自动操作。
状态显示的背景颜色是绿色。
模块处于自动操作模式。
2.2扩散制结设备太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，而扩散炉即为制造太阳能电池PN结的专用设备。
管式扩散炉主要由石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分等四大部分组成。
扩散一般用三氯氧磷液态源作为扩散源。
把P型硅片放在管式扩散炉的石英容器内，在850---900摄氏度高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器，通过三氯氧磷和硅片进行反应，得到磷原子。
经过一定时间，磷原子从四周进入硅片的表面层，并且通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成了N型半导体和P型半导体的交界面，也就是PN结。
这种方法制出的PN结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于百分之十,少子寿命可大于10ms。
制造PN结是太阳电池生产最基本也是最关键的工序。
因为正是PN 结的形成，才使电子和空穴在流动后不再回到原处，这样就形成了电流，用导线将电流引出，就是直流电。
3.3刻蚀清洗设备设备系统及工作原理其反应室采用立式结构，射频功率通过电感６耦合到反应室内，保证周边刻蚀均匀。
真空系统采用主抽和预抽两路抽气，既能保证本底抽空的时间，又能使气氛扰动减小。
送气系统通断气均采用电磁阀控制，工艺气体采用质量流量计控制，可靠性高，重复性好。
片架可旋转，提高了刻蚀的均匀性。
在泵口有一路稀释气体，它可以延长泵的维护周期和使用寿命，在排气出口加有一路Ｎ２可使排放尾气达到排放标准。
射频电源的功率采用闭环自动控制，并有阻抗匹配器可保证射频输出功率几乎完全耦合到反应室内。
电气控制具有手动／自动控制功能，在手动状态下，可以进行真空检漏，不能进行工艺实验。
采用ＰＬＣ进行工艺自动控制，可靠性高，稳定性好。
各电气元器件均采用插装式，便于维修和更换。
3.4丝网印刷设备及工作原理在电池片的正极面（p区）用银铝浆料印刷两条电极导线（宽约3～4mm）作为电池片的电极（图3）。
背面铝印刷（背铝）在电池片的正极面采用铝浆料印刷整面（除背银电极外）。
正面银印刷（正银）在电池片的正面（喷涂减反射膜的面）同时用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极（图4），在工艺上要求栅线间距约3mm、宽度约O.10～0.12mm：图5为丝网印刷原理示意图，丝网印刷由五大要素构成，即丝网、浆料、工作台以及基片。
丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。
印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。
油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。
由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。
由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。
当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。
从图5的印刷原理示意中可以看出，刮刀的作用是将浆料以一定的速度和角度将浆料压入丝网的漏孔中，刮刀在印刷时对丝网保持一定的压力，刃口压强在10～15N／cm之间，刮板压力过大容易使丝网发生变形，印刷后的图形与丝网的图形不一致，也加剧刮刀和丝网的磨损，刮板压力过小会在印刷后的丝网上存在残留浆料。
刮刀材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度范围为邵氏A60°～A90°，刮板条的硬度越低，印刷图形的厚度越大，刮刀材料必须耐磨，刃口有很好的直线性，保持与丝网的全接触；刮刀一般选用菱形刮刀，它具有4个刃口，可逐个使用，利用率高，见图6。
刮刀速度：刮刀速度是决定效率的最大因素，以半自动印刷机为例，印刷所占时间一般为总循环的2／3；印刷速度的设定由印刷图形和印刷用浆料的黏度决定，速度越高，刮刀带动浆料进入丝网漏孔的时间越短，浆料的填充性会差，出现图7所示现象，如果印刷线条精细，速度应低一些，图4所示的正银工序中栅线的线宽在0.1～0.12nun，一般速度设定在200～250mm／s，图3所示的背铝和背银工序因印刷线条宽速度设定在300mm／s；印刷用浆料因不同工序而不同，相应黏度不同，但总体黏度比较低，所以印刷速度较快；在实际的印刷中速度的恒定同样很重要，如果在印刷过程中速度出现波动，会导致图形厚度的不一致。
刮刀角度：刮刀角度的设定与浆料有关；浆料黏度值越高，流动性越差，需要刮刀对浆料的向下的压力越大，刮刀角度小；刮刀角度调节范围为45°～75°。
在印刷过程中起关键作用的是刮刀刃口2～3mm的区域，在印刷压力下刮刀与丝网摩擦，在开始印刷时近似直线，刮刀刃口对丝网的局部压力很大，见图5所示，随着刮刀刃口的磨损，刃口形状呈圆弧形，它对浆料朝丝网方向的分力急剧增加，丝网作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮刀刃口处与丝网的实际角度远小于45°，印刷后丝网表面会有残余浆料，易发生渗漏，同时印刷线条边缘模糊。
见图7，这时需要更换刮刀。
常用的丝网材料有不锈钢和尼龙2种。
