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        2021 IAS展
        能效管理

        貝加萊PECVD方案-光伏品質穩定的保障

          2021年06月03日  

          在機器制造領域,研發一個能用的設備可以很快,但是做到“好用”,提供穩定的良率、可靠性,以及用戶友好性是需要不斷的技術迭代過程的,需要多年不斷的打磨才可以。作為專注于機器智能與創新領域的自動化廠商,貝加萊一直致力于為各產業提供“簡.易”而高效的機器開發方案。并使得機器能夠快速而又可靠的被設計與規劃。將其在各個領域的共性技術進行封裝,積累大量的產業應用軟件、工程師,為用戶高效開發“好用”的系統而努力。

        PECVD追求品質的穩定

          在光伏的生產各個工序中,PECVD設備是一個關鍵部分,無論對于早期的鋁背場晶硅技術,還是PERC工藝,PECVD都是關鍵環節,作為一個重資產、長期可用的設備,其對晶片的涂層品質的影響很大,對于后續光伏晶片發電的效率及壽命也至關重要。

        圖1-晶硅電池生產主要流程

          圖1是典型的晶硅電池生產過程,經過切片、清洗制絨、擴散工藝后,硅片已經具有光電轉換能力,但是,光在硅片表面的反射使得光損約1/3,即使經過表面制絨仍然損失11%左右,為了進一步減反射,需要利用光的干涉原理,在其表面制作一層減反射膜,以獲得電流輸出的能力增強。對于PECVD而言,提供高品質可靠性,以及參數控制的精準與同步性能,可以降低不良品率,降低單片成本。

         

        圖2-PECVD工藝降低了光反射率(參考)

          如果在晶硅電池片表面增加一個氮化硅(SiN)涂層,其可以降低表面反射率,進而提升光的發電效率。圖2可以看到,通過減反射工序,光的反射率大幅下降。

        PECVD基本原理

          常見的物質形態為液體、氣體、固體,當然,還有“等離子”這個狀態,相對于普通氣體中性分子或原子組成的特點,等離子體是帶電粒子和中性粒子的幾何體。等離子體是一種導電流體,但是又能與氣體體積相比擬的宏觀尺度內維持中性,這種特性使得它可以被電磁場控制。PECVD就是利用這種等離子體特性,通過電離產生的等離子體附著在晶片表現形成薄膜層,管式PECVD占地小,且成品效率高,因此較為廣泛的應用。

        圖3- PECVD設備的結構圖

          圖3是一個管式PECVD設備的結構,裝載系統主要是負責通過定位控制,將放置于石墨舟中的硅片送至爐體中,在擴散部分,由等離子電源、氣體輸送系統、加熱系統、真空泵等一起工作,將SiH和SiN氣體通過RF射頻系統分離為等離子體,并沉積到硅片表面,形成薄膜,這個反應的過程可以形成多種不同的薄膜,其可以針對不同的光進行減反射的作用,反應完成后由退舟系統回到裝載系統,下料。

        圖4-貝加萊PECVD控制系統架構

          圖4中,貝加萊X20控制器提供了獨立的槳與舟的伺服送料、凈化、控制爐體內反應所需氣體流量、壓力,以及電源、溫度加熱系統的控制,爐體控制為獨立的,也可以為多個共用CPU的模式,圖4提供了更為獨立的單元控制設計,X20控制器采用了獨特的納米特層處理,能夠適用于具有氣體污染的工作氛圍,ACOPOS P3則提供上下料動作。

        溫度控制的均勻性

          對于溫區控制來說,如何消除相互之間的影響,獲得一致性的溫度,對于PECVD的晶片沉積質量至關重要,如果溫度過高反應劇烈,以及溫度低反應較慢的情況下,造成了色差,這對硅片的最終成品反射性能會造成較大的影響,因此控制溫度在整個反應腔中的一致性,是溫度控制的核心。

          貝加萊的溫度控制具有良好的溫度控制能力,并能夠實現在多溫區控制下的一致性,在需要進行溫度曲線的設定方面,溫控可以同步曲線,達到非常高的控制精度,并確保無超調,確保溫度的穩定性。

        圖5-貝加萊溫度控制可以實現與設定曲線的同步

          因此,一個好的溫度控制,具有非常好的控制效果,以及穩定性,貝加萊的溫度控制達到了“好用”,即,高魯棒性適應變化的工藝環境,自整定,溫區解耦等非常好的品質控制能力。

        機器模塊化軟件設計

          系統的好用,還體現在軟件的可復用性設計,模塊化的mapp技術,除了溫度外,也包括其它一些直接配置,連接的模塊,提供機器的豐富、易用的功能設計。

        圖6-PECVD用到的mapp軟件模塊

          mapp可以通過快速配置方式來構建機器的控制系統,在PECVD設備中,很多mapp模塊得到了應用:

          mappVIEW-提供更為友好的HMI操作,基于Web技術的畫風,顯得直觀大氣,易于理解;
          mappRecipe-通過拖拽形成配方管理界面,并可以將配方通過csv/XML形式導出;
          mappTemperature-如前所述,提供高精度的溫度同步,溫度斜坡跟隨能力;
          mappUser-用戶管理,多級用戶口令,確保機器可以被不同的人操作,訪問不同的數據;
          mappReport-它為用戶提供了基于PDF/CSV/txt格式的數據報表,以便于數據分析之用途。
          mappAudit-它解決數據的可追溯性問題,即,誰在什么時候對機器的何種參數,進行了什么樣的修改,這個都會以不可篡改形式予以保存,并供查詢,在質量出現問題的時候,可以進行溯源。
          mappAlamX-對于機器來說,如門、氣體泄漏等必須提供報警能力。

          mapp完全集成于Automation Studio平臺,并能夠被快速的配置應用,快速構建機器的軟件,縮短調試周期,這是將貝加萊在各個領域的共性技術進行了封裝,基于嚴格的“高內聚、低耦合”軟件工程思想,提供強大功能同時,達到快速模塊化配置。

        開放連接-不僅為了設備連接

          對于PECVD設備來說,其中流量計、真空泵、恒溫槽等,需要RS232/RS485、Modbus/TCP的接口,除了每個CPU標配的RS232/TCP接口外,也可以通過X20的通信模塊進行擴展。

          除了為機器提供過程控制的調節能力,來自貝加萊的系統還可以提供工廠連接的便利能力

          OPC UA支持設備的數據訪問,新的OPC UA Pub/Sub更能提高數據分發效率;
          Web Server,提供了遠程的訪問能力,通過遠程桌面系統可以實現對機器的數據訪問;
          FTP Server,遠程程序修改能力;

          設備最終是要到終端用戶端運行的,開放的數據連接能力,提供了生產管理、數據呈現、參數尋優的數據基礎,通過OPC UA,可以為工廠建立從設備-設備,設備到管理系統,乃至云端的連接能力,為數字化應用提供支撐。

          好用,是系統的能力,貝加萊,通過持續技術創新,一直致力于讓機器更為智能、更為便利與高效。

        歡迎蒞臨貝加萊光伏展展臺!

        標簽:貝加萊我要反饋
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