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能效管理

贝加莱PECVD方案-光伏品质稳定的保障

  2021年06月03日  

  在机器制造领域,研发一个能用的设备可以很快,但是做到“好用”,提供稳定的良率、可靠性,以及用户友好性是需要不断的技术迭代过程的,需要多年不断的打磨才可以。作为专注于机器智能与创新领域的自动化厂商,贝加莱一直致力于为各产业提供“简.易”而高效的机器开发方案。并使得机器能够快速而又可靠的被设计与规划。将其在各个领域的共性技术进行封装,积累大量的产业应用软件、工程师,为用户高效开发“好用”的系统而努力。

PECVD追求品质的稳定

  在光伏的生产各个工序中,PECVD设备是一个关键部分,无论对于早期的铝背场晶硅技术,还是PERC工艺,PECVD都是关键环节,作为一个重资产、长期可用的设备,其对晶片的涂层品质的影响很大,对于后续光伏晶片发电的效率及寿命也至关重要。

图1-晶硅电池生产主要流程

  图1是典型的晶硅电池生产过程,经过切片、清洗制绒、扩散工艺后,硅片已经具有光电转换能力,但是,光在硅片表面的反射使得光损约1/3,即使经过表面制绒仍然损失11%左右,为了进一步减反射,需要利用光的干涉原理,在其表面制作一层减反射膜,以获得电流输出的能力增强。对于PECVD而言,提供高品质可靠性,以及参数控制的精准与同步性能,可以降低不良品率,降低单片成本。

 

图2-PECVD工艺降低了光反射率(参考)

  如果在晶硅电池片表面增加一个氮化硅(SiN)涂层,其可以降低表面反射率,进而提升光的发电效率。图2可以看到,通过减反射工序,光的反射率大幅下降。

PECVD基本原理

  常见的物质形态为液体、气体、固体,当然,还有“等离子”这个状态,相对于普通气体中性分子或原子组成的特点,等离子体是带电粒子和中性粒子的几何体。等离子体是一种导电流体,但是又能与气体体积相比拟的宏观尺度内维持中性,这种特性使得它可以被电磁场控制。PECVD就是利用这种等离子体特性,通过电离产生的等离子体附着在晶片表现形成薄膜层,管式PECVD占地小,且成品效率高,因此较为广泛的应用。

图3- PECVD设备的结构图

  图3是一个管式PECVD设备的结构,装载系统主要是负责通过定位控制,将放置于石墨舟中的硅片送至炉体中,在扩散部分,由等离子电源、气体输送系统、加热系统、真空泵等一起工作,将SiH和SiN气体通过RF射频系统分离为等离子体,并沉积到硅片表面,形成薄膜,这个反应的过程可以形成多种不同的薄膜,其可以针对不同的光进行减反射的作用,反应完成后由退舟系统回到装载系统,下料。

图4-贝加莱PECVD控制系统架构

  图4中,贝加莱X20控制器提供了独立的桨与舟的伺服送料、净化、控制炉体内反应所需气体流量、压力,以及电源、温度加热系统的控制,炉体控制为独立的,也可以为多个共用CPU的模式,图4提供了更为独立的单元控制设计,X20控制器采用了独特的纳米特层处理,能够适用于具有气体污染的工作氛围,ACOPOS P3则提供上下料动作。

温度控制的均匀性

  对于温区控制来说,如何消除相互之间的影响,获得一致性的温度,对于PECVD的晶片沉积质量至关重要,如果温度过高反应剧烈,以及温度低反应较慢的情况下,造成了色差,这对硅片的最终成品反射性能会造成较大的影响,因此控制温度在整个反应腔中的一致性,是温度控制的核心。

  贝加莱的温度控制具有良好的温度控制能力,并能够实现在多温区控制下的一致性,在需要进行温度曲线的设定方面,温控可以同步曲线,达到非常高的控制精度,并确保无超调,确保温度的稳定性。

图5-贝加莱温度控制可以实现与设定曲线的同步

  因此,一个好的温度控制,具有非常好的控制效果,以及稳定性,贝加莱的温度控制达到了“好用”,即,高鲁棒性适应变化的工艺环境,自整定,温区解耦等非常好的品质控制能力。

机器模块化软件设计

  系统的好用,还体现在软件的可复用性设计,模块化的mapp技术,除了温度外,也包括其它一些直接配置,连接的模块,提供机器的丰富、易用的功能设计。

图6-PECVD用到的mapp软件模块

  mapp可以通过快速配置方式来构建机器的控制系统,在PECVD设备中,很多mapp模块得到了应用:

  mappVIEW-提供更为友好的HMI操作,基于Web技术的画风,显得直观大气,易于理解;
  mappRecipe-通过拖拽形成配方管理界面,并可以将配方通过csv/XML形式导出;
  mappTemperature-如前所述,提供高精度的温度同步,温度斜坡跟随能力;
  mappUser-用户管理,多级用户口令,确保机器可以被不同的人操作,访问不同的数据;
  mappReport-它为用户提供了基于PDF/CSV/txt格式的数据报表,以便于数据分析之用途。
  mappAudit-它解决数据的可追溯性问题,即,谁在什么时候对机器的何种参数,进行了什么样的修改,这个都会以不可篡改形式予以保存,并供查询,在质量出现问题的时候,可以进行溯源。
  mappAlamX-对于机器来说,如门、气体泄漏等必须提供报警能力。

  mapp完全集成于Automation Studio平台,并能够被快速的配置应用,快速构建机器的软件,缩短调试周期,这是将贝加莱在各个领域的共性技术进行了封装,基于严格的“高内聚、低耦合”软件工程思想,提供强大功能同时,达到快速模块化配置。

开放连接-不仅为了设备连接

  对于PECVD设备来说,其中流量计、真空泵、恒温槽等,需要RS232/RS485、Modbus/TCP的接口,除了每个CPU标配的RS232/TCP接口外,也可以通过X20的通信模块进行扩展。

  除了为机器提供过程控制的调节能力,来自贝加莱的系统还可以提供工厂连接的便利能力

  OPC UA支持设备的数据访问,新的OPC UA Pub/Sub更能提高数据分发效率;
  Web Server,提供了远程的访问能力,通过远程桌面系统可以实现对机器的数据访问;
  FTP Server,远程程序修改能力;

  设备最终是要到终端用户端运行的,开放的数据连接能力,提供了生产管理、数据呈现、参数寻优的数据基础,通过OPC UA,可以为工厂建立从设备-设备,设备到管理系统,乃至云端的连接能力,为数字化应用提供支撑。

  好用,是系统的能力,贝加莱,通过持续技术创新,一直致力于让机器更为智能、更为便利与高效。

欢迎莅临贝加莱光伏展展台!

标签:贝加莱  我要反馈
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