均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐的製作方法

2023-07-07 19:17:11

本發明涉及一種均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐，可用於太陽電池的輻照退火處理。

背景技術：

對於p型晶矽太陽電池，因為硼氧對的存在，在太陽光照環境下，使用初期會發生效率衰減現象(lid現象)，尤其是近幾年興起的高效perc電池，這種光致衰減現象尤為嚴重。研究表明，預先使用一種特定的光源在一定溫度條件下對電池片進行輻照退火處理，會有效防止這種光衰現象發生，這一技術已經從理論上獲得突破和驗證，現有設備處理效果可以將lid從5％左右降到1.5％-2％。但是，要在30s的時間內完成輻照退火處理，在太陽電池生產線上實現在線連續化生產，或者將lid降到1％以下或者更小，這就要求光源的強度足夠大並且處理的溫度要可控，現有的輻照退火爐一般是在光源對電池照射的同時，對電池進行加熱，並沒有考慮電池片的冷卻問題，這一技術方案在光源強度不夠大，處理時間比較長的情況下是可行的，但是，當照射電池片的光源強度足夠大時，僅僅光源照射電池片的溫度就已經超過了最佳的工藝溫度，這樣會大大影響輻照退火處理的效果。

為了解決上述問題，申請號為2016108557192的專利公布了一種太陽電池輻照退火爐，它包括爐體，爐體包括上爐體和下爐體，上爐體內設置光源，對應光源在上爐體和下爐體之間設置透明隔熱材料層，下爐體中設置電池片傳輸裝置和溫度傳感器，電池片在電池片傳輸裝置上水平傳輸並接受光源照射，在電池片和透明隔熱材料層之間的爐體側面設置進風口或吹風裝置，電池片下方設置有加熱裝置，爐體內設置有與進風口或吹風裝置相配合的排風裝置，光源、電池片傳輸裝置、吹風裝置、溫度傳感器、加熱裝置和排風裝置連接控制器。在上述發明中，冷卻風通過爐體側面設置的進風口或吹風裝置進入爐內將電池片表面快速降溫，起到了控制電池片溫度的效果，由於冷卻風是從爐體側面進入爐內，冷卻風對電池片二側邊緣部位和中心部位的冷卻效果不會相同。一般來講，電池片二側邊緣部位首先接觸冷卻風，其風量大、溫度低，電池片中心部位接觸到的冷卻風，已經被爐內高溫所預熱，同時，一部分冷卻風進入爐內後已經從電池片的邊緣部位被抽走，因此，電池片中心部位接觸的冷卻風，其溫度高、風量小，這樣勢必造成電池片冷卻效果不均勻，從而影響電池片的處理效果。另外，該發明的光源和電池片之間用透明隔熱材料隔開，一部分光線被透明隔熱材料吸收或反射，也會影響光源對電池片的照射效果，該發明的輻照退火時間需要30s-60s。

為此，申請人發明了一種均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐，可以對電池片的處理溫度進行均勻控制、解決了輻照處理效果不均勻的問題，可以在30s時間內完成輻照退火處理，並且將lid控制在1％以內，縮短了處理時間，提高了生產效率。

技術實現要素：

根據以上現有技術中的不足，本發明要解決的問題是：提供一種結構簡單，設計合理，可以對電池片進行快速均勻冷卻，能夠實現均勻控溫，能夠縮短照射時間，提高生產效率和退火處理效果的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐，包括爐體，爐體包括上爐體和下爐體，上爐體內至少設置一組光源，光源安裝在光源冷卻裝置上，相鄰兩組光源之間或者光源與上爐體框架之間設置有進風口，對應進風口在其下方設置上導流板，下爐體中設置電池片傳輸裝置，電池片在電池片傳輸裝置上水平傳輸並接受光源照射，電池片下方的下爐體上設置有出風口，出風口外接抽風裝置，爐體內設置溫度傳感器，光源、電池片傳輸裝置、抽風裝置和溫度傳感器連接控制器。

所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐通過溫度傳感器檢測電池片周圍的溫度，當溫度高於設定溫度時，冷卻風在抽風裝置的作用下，通過相鄰兩組光源之間或者光源與上爐體框架之間的進風口進入到上爐體內，為了保證冷卻風通過上爐體上部進入，將上爐體光源冷卻裝置以上的部分採用鋼網結構，光源冷卻裝置以下的部分設計為鋼板，將光源冷卻裝置與光源冷卻裝置以下的上爐體側壁設置成一個相對封閉的空間並與下爐體連通，將進風口設置在相鄰兩組光源之間或者光源與上爐體框架之間，不但能夠對光源起到輔助冷卻的作用，還能夠保證冷卻風垂直吹向電池片表面。其中，進風口可以設置為一個長方形的狹縫或細長縫，其長度不小於電池片的邊長、並且其長邊方向與電池片的行進方向垂直，這樣從進風口進入上爐體的冷卻風可以自上而下形成若干條風幕，均勻地吹到行進中的電池片上。當冷卻風通過進風口進入到上爐體內時，會在上導流板的作用下，改變前進方向，迂迴到電池片的上方均勻到達電池片表面，設置上導流板，一方面可以防止冷卻風直接到達電池片表面，或因風速過大對前進中的電池片造成影響，另一方面，冷卻風可以橫向吹過光源中發光元件的表面，對發光元件起到冷卻作用，延長發光元件的使用壽命。

本發明中，由於冷卻風是從電池片的上方均勻作用到電池片表面，在電池片的任何位置風速、風溫、風量都是相同的，因此，冷卻效果相同，控溫均勻，解決了輻照處理效果不均勻的問題。

進一步的優選，電池片傳輸裝置為一組水平排列的輥道或循環進出輻照退火爐的網帶。

進一步的優選，電池片傳輸裝置採用空心輥道，空心輥道至少一端設置有旋轉接頭，旋轉接頭與空心輥道的內部空腔相連通。通過旋轉接頭向空心輥道中循環通入冷卻水等冷卻介質對空心輥道降溫，空心輥道可以採用鋁合金、不鏽鋼、石英玻璃、金屬管、陶瓷管等導熱性好的材料，這樣電池片被光源照射吸收的熱量除了被進風口進入的冷卻風帶走外，還有一部分被空心輥道中的冷卻介質帶走，從而有效地起到了對電池片降溫和控溫的作用。冷卻介質的循環系統還可以和控制器相連，根據電池片退火溫度的要求控制冷卻介質的流量，從而起到了均勻控溫的目的。另外，充滿冷卻介質的空心輥道還可以起到降低爐體內溫度，均勻爐溫的作用。

進一步的優選，電池片傳輸裝置的下方設置有下導流板。下導流板一是能夠對冷卻風起導向作用，使電池片的冷卻效果更均勻，二是能夠對傳輸過程中因碎裂脫落的電池片起到導流和收集作用，使電池片沿著下導流板滑落到下爐體內；下導流板可以呈漏鬥型，漏鬥的出口邊長不小於電池片對角線的長度，以便使電池片順利地從下導流板滑落到下爐體內。

進一步的優選，出風口的上方或者來風方向的前方設置有電池碎片防護裝置，一是防止碎落的電池片堵塞出風口，二是使冷卻風二次迂迴流動，起到進一步均化爐溫的作用。

進一步的優選，進風口的上方設置有風量調節裝置，通過調整進風口的大小來控制冷卻風流量。

進一步的優選，上導流板為石英玻璃或鋼化玻璃，也可採用其他材質的耐熱透光材料，防止上導流板遮擋光源而影響對電池片的照射。

進一步的優選，上導流板的寬度或面積不小於進風口的寬度或面積，上導流板的寬度大於進風口寬度0mm-80mm，上導流板的寬度或面積略大於進風口的寬度或面積，這樣從進風口進入上爐體的冷卻風遇到上導流板的阻擋會改變方向沿著光源的下表面橫向流動，從而對發光元件起到冷卻作用。

進一步的優選，爐體內設置有加熱裝置，加熱裝置、光源、溫度傳感器、進風口、排風口和抽風裝置形成爐體內的溫控系統，從而將電池片的表面溫度控制在150℃～500℃之間。加熱裝置與溫度傳感器的配合，能夠輔助起到均勻控溫的作用。當溫度傳感器檢測到電池片周圍的溫度低於設定溫度時，一方面，控制器會控制抽風裝置、減少或停止冷卻風的進入，另一方面，加熱裝置開始工作，爐體內的溫度被加熱到預定溫度，進入上爐體的冷卻風被爐體加熱後到達電池片表面，從而起到均勻控溫的作用。

進一步的優選，光源採用led燈或滷素燈或氙燈或雷射中的一種或幾種，光源的波長是600nm～1000nm，光源的光強是10kw/m2～100kw/m2。

本發明所具有的有益效果是：

1、本發明所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐取消了光源和電池片之間的透明隔熱材料，通過從光源之間的縫隙中導入冷卻風，從電池片的上方均勻地吹撒到電池片表面，不但有效地改善了電池片的冷卻效果和均勻性，還可以使光源的射線直接照射到電池片表面，避免了光線被透明隔熱材料吸收或反射，改善了光源對電池片的照射效果。

2、本發明所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐採用空心水冷輥，進一步強化了電池片的冷卻效果和控溫均勻性。

3、本發明所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐結構簡單，設計合理，解決了大功率光源照射對電池片的降溫和均勻控溫問題，並且輻照效果強，可以將輻照退火時間控制在30s之內，並且將lid控制在1％以內，縮短了照射時間，提高了生產效率和退火處理效果。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的側視圖；

圖中，1、上爐體2、光源冷卻裝置；3、光源；4、上導流板；5、電池片；6、電池片傳輸裝置；7、下導流板；8、電池碎片防護裝置；9、出風口；10、抽風裝置；11、下爐體；12、進風口；13、旋轉接頭；14、加熱裝置；15、風量調節裝置；16、溫度傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例做進一步描述：

如圖1-2所示，本發明所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐，包括爐體，爐體包括上爐體1和下爐體11，上爐體1內至少設置一組光源3，光源3安裝在光源冷卻裝置2上、向下方照射，相鄰兩組光源3之間或者光源3與上爐體框架之間設置有進風口12，對應進風口12在其上方設置風量調節裝置15，對應進風口12在其下方設置上導流板4，下爐體11中設置電池片傳輸裝置6，電池片5在電池片傳輸裝置6上水平傳輸並接受光源3照射，電池片傳輸裝置6的下方設置有下導流板7，電池片5下方的下爐體11上設置有出風口9，出風口9的上方或者來風方向的前方設置有電池碎片防護裝置8，出風口9外接抽風裝置10，爐體內設置溫度傳感器16和加熱裝置14，光源3、電池片傳輸裝置6、抽風裝置10、溫度傳感器16和加熱裝置14連接控制器，且所述的加熱裝置14、光源3、溫度傳感器16、進風口12、排風口9和抽風裝置10形成爐體內的溫控系統，從而將電池片5的表面溫度控制在150℃～500℃之間。

其中，所述的電池片傳輸裝置6為一組水平排列的輥道或循環進出輻照退火爐的網帶，或者電池片傳輸裝置6採用空心輥道，空心輥道至少一端設置有旋轉接頭13，旋轉接頭13與空心輥道的內部空腔相連通。

所述的上導流板4為石英玻璃或鋼化玻璃等耐熱透光材料，上導流板4的寬度或面積不小於進風口12的寬度或面積。

所述的光源3採用led燈或滷素燈或氙燈或雷射中的一種或幾種，光源3的波長是600nm～1000nm，光源3的光強是20kw/m2～100kw/m2。

本發明的工作原理和使用過程：

所述的均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐使用時，通過溫度傳感器16檢測電池片周圍的溫度，當溫度高於設定溫度時，加熱裝置14停止工作，冷卻風在抽風裝置10的作用下，通過光源3之間設置的進風口12進入上爐體1內，並且在上導流板4的作用下，改變前進方向，迂迴到電池片的上方均勻到達電池片表面。其中，進風口設置在光源之間的縫隙中，可以對光源起到輔助冷卻作用，冷卻風通過上導流板的阻擋後改變前進方向，一方面可以防止冷卻風直接到達電池片表面，因風速過大對前進中的電池片造成影響，另一方面，冷卻風可以橫向吹過光源中發光元件的表面，對發光元件起到冷卻作用，延長發光元件的使用壽命。

所述的電池片傳輸裝置6使用空心輥道傳輸電池片5，在空心輥道的兩端安裝有旋轉接頭13，通過旋轉接頭13向空心輥道中循環通入冷卻水對空心輥道降溫，空心輥道採用鋁合金材料，這樣電池片5被光源3照射吸收的熱量除了被進風口進入的冷卻風帶走外，還有一部分被空心輥道中的冷卻介質帶走，從而有效地起到了對電池片降溫和控溫的作用。冷卻水的循環系統和控制器相連，根據電池片5退火溫度的要求控制冷卻水的流量，從而起到了均勻控溫的目的。另外，充滿冷卻水的空心輥道還可以起到降低爐體內溫度、均勻爐溫的作用。

當溫度傳感器16檢測到電池片5周圍的溫度低於設定溫度時，加熱裝置14開始工作，爐體內的溫度被加熱到預定溫度，進入上爐體1的冷卻風被爐體加熱後到達電池片表面，從而起到均勻控溫的作用。

所述的光源3、溫度傳感器16、加熱裝置14、進風口12、出風口9和抽風裝置10形成爐體內的溫控系統，將電池片的表面溫度控制在150℃～500℃之間。採用led燈光源3，光源3的波長是650nm～950nm，光源3的光強是20kw/m2～30kw/m2。

本發明中，由於冷卻風是從電池片5的上方均勻作用到電池片5表面，在電池片5的任何位置風速、風溫、風量都是相同的，因此，冷卻效果相同，控溫均勻，解決了輻照處理效果不均勻的問題。空心水冷輥的應用，進一步強化了電池片的冷卻效果和控溫均勻性，另外，因為取消了光源和電池片之間的透明隔熱材料，可以使光源的射線直接照射到電池片表面，避免了光線被透明隔熱材料吸收或反射，改善了光源對電池片的照射效果。

採用本發明均勻高效退火的太陽電池輻照退火爐，在240℃的溫度條件下，分別對單晶perc電池進行了50s、40s、30s、25s、20s、15s、10s等不同時間的輻照退火處理，結果如表1所示。

由表1可見，單晶perc電池退火後、電池效率一般會減少0.1左右，而採用本發明的退火爐退火後，電池效率減少值最多只有0.05，有的指標沒有減少甚至略有提高；退火後的電池經過60kwhlid處理後，業內的衰減比率為1％左右，而採用本發明的輥道式退火爐退火後，其衰減比率只有0.53％—0.82％。由此可見，採用本發明人的輥道式太陽電池輻照退火爐，在240℃的工藝條件下，僅僅用不到30s的時間處理的單晶perc電池，處理後電池效率都優於業內常規指標。

本發明結構簡單，設計合理，解決了大功率光源照射對電池片的降溫和均勻控溫問題，並且輻照效果強，可以將輻照退火時間控制在30s之內，並且將lid控制在1％以內，縮短了照射時間，提高了生產效率和退火處理效果。

儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。