【正文】 片表面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設(shè)備分自動(dòng)上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個(gè)檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進(jìn)行檢測，同時(shí)檢測硅片的尺寸和對角線等外觀參數(shù)；微裂紋檢測模塊用來檢測硅片的內(nèi)部微裂紋；另外還有兩個(gè)檢測模組，其中一個(gè)在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個(gè)模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進(jìn)行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進(jìn)行檢測，并自動(dòng)剔除破損硅片。硅片檢測設(shè)備能夠自動(dòng)裝片和卸片，并且能夠?qū)⒉缓细衿贩诺焦潭ㄎ恢?，從而提高檢測精度和效率。二、表面制絨首先用堿（或酸）腐蝕硅片，以去除硅片表面機(jī)械損傷。而后進(jìn)行硅片表面絨化，現(xiàn)在常用的硅片的厚度180mm左右。去除硅片表面損傷層是太陽電池制造的第一道常規(guī)工序，主要是通過化學(xué)腐蝕，硅片化學(xué)腐蝕的主要目的是消除切片帶來的表面損傷，同時(shí)也能起到一定的絨面效果，從而減少光反射。三、擴(kuò)散制結(jié)太陽能電池需要一個(gè)大面積的PN結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴(kuò)散爐即為制造太陽能電池PN結(jié)的專用設(shè)備。管式擴(kuò)散爐主要由石英舟的上下載部分、廢氣室、爐體部分和氣柜部分等四大部分組成。擴(kuò)散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴(kuò)散源。把P型硅片放在管式擴(kuò)散爐的石英容器內(nèi)，在850900攝氏度高溫下使用氮?dú)鈱⑷妊趿讕胧⑷萜?，通過三氯氧磷和硅片進(jìn)行反應(yīng)，得到磷原子。經(jīng)過一定時(shí)間，磷原子從四周進(jìn)入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴(kuò)散，形成了N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的交界面，也就是PN結(jié)。這種方法制出的PN結(jié)均勻性好，方塊電阻的不均勻性小于百分之十，少子壽命可大于10ms。制造PN結(jié)是太陽能電池生產(chǎn)最基本也是最關(guān)鍵的工序。因?yàn)檎荘N結(jié)的形成，才使電子和空穴在流動(dòng)后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導(dǎo)線將電流引出，就是直流電。四、等離子刻蝕由于在擴(kuò)散過程中，即使采用背靠背擴(kuò)散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地?cái)U(kuò)散上磷。PN結(jié)的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)的背面，而造成短路。因此，必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結(jié)。通常采用等離子刻蝕技術(shù)完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應(yīng)氣體CF4的母體分子在射頻功率的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團(tuán)。活性反應(yīng)基團(tuán)由于擴(kuò)散或者在電場作用下到達(dá)SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并形成揮發(fā)性的反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，被真空系統(tǒng)抽出腔體。五、去磷硅玻璃該工藝用于太陽能電池片生產(chǎn)制造過程中，通過化學(xué)腐蝕法也即把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴(kuò)散過程中，POCL3與O2反應(yīng)生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應(yīng)又生成SiO2和磷原子，這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的SiO2，稱之為磷硅玻璃。去磷硅玻璃的設(shè)備一般由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)配酸系統(tǒng)等部分組成，主要?jiǎng)恿υ从袣浞?、氮?dú)?、壓縮空氣、純水，熱排風(fēng)和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因?yàn)闅浞崤c二氧化硅反應(yīng)生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應(yīng)生成的四氟化硅會進(jìn)一步與氫氟酸反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸。六、鍍減反射膜拋光硅表面的反射率為35%，為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，需要沉積一層氮化硅減反射膜。現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。PECVD即等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積。它的技術(shù)原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜即氮化硅薄膜。一般情況下，使用這種等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積的方法沉積的薄膜厚度在70nm左右。這樣厚度的薄膜具有光學(xué)的功能性。利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大為減少，電池的短路電流和輸出就有很大增加，效率也有相當(dāng)?shù)奶岣?。七、絲網(wǎng)印刷太陽能電池經(jīng)過制絨、擴(kuò)散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結(jié)，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導(dǎo)出，需要在電池表面上制作正、負(fù)兩個(gè)電極。制造電極的方法很多，而絲網(wǎng)印刷是目前制作太陽能電池電極最普遍的一種生產(chǎn)工藝。絲網(wǎng)印刷是采用壓印的方式將預(yù)定的圖形印刷在基板上，該設(shè)備由電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷和電池正面銀漿印刷三部分組成。其工作原理為：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透過漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時(shí)朝絲網(wǎng)另一端移動(dòng)。油墨在移動(dòng)中被刮刀從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用使印跡固著在一定范圍內(nèi)，印刷中刮板始終與絲網(wǎng)印版和基片呈線性接觸，接觸線隨刮刀移動(dòng)而移動(dòng)，從而完成印刷行程。八、快速燒結(jié)經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹脂粘合劑燃燒掉，剩下幾乎純粹的、由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極。當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸，提高電池片的開路電壓和填充因子兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。燒結(jié)爐分為預(yù)燒結(jié)、燒結(jié)、降溫冷卻三個(gè)階段。預(yù)燒結(jié)階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結(jié)階段中燒結(jié)體內(nèi)完成各種物理化學(xué)反應(yīng)，形成電阻膜結(jié)構(gòu)，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達(dá)到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結(jié)構(gòu)固定地粘附于基片上。第四節(jié) 電池組件封裝工藝技術(shù)方案組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關(guān)鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產(chǎn)不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強(qiáng)了電池的抗擊強(qiáng)度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關(guān)鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。一、工藝流程電池檢測→自動(dòng)焊接→敷設(shè)→層壓→去毛邊（去邊、清洗）→裝邊框（涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠）→焊接接線盒→高壓測試→組件測試→外觀檢驗(yàn)→包裝入庫。二、工藝簡介電池測試：由于電池片制作條件的隨機(jī)性，生產(chǎn)出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應(yīng)根據(jù)其性能參數(shù)進(jìn)行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數(shù)（電流和電壓）的大小對其進(jìn)行分類。以提高電池的利用率，做出質(zhì)量合格的電池組件。自動(dòng)焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負(fù)極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機(jī)可以將焊帶以多點(diǎn)的形式點(diǎn)焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個(gè)紅外燈（利用紅外線的熱效應(yīng)）。焊帶的長度約為電池邊長的2倍。多出的焊帶在背面焊接時(shí)與后面的電池片的背面電極相連，將焊接好的電池串按正反順序排放到放有EVA的鋼化玻璃上。敷設(shè)：將排版完的組件檢驗(yàn)合格后，焊接正負(fù)極的引線端，然后覆蓋一層EVA和背材，并將引線端穿孔。敷設(shè)時(shí)保證電池串與玻璃等材料的相對位置，調(diào)整好電池間的距離，為層壓打好基礎(chǔ)。（敷設(shè)層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。組件層壓：將敷設(shè)好的電池放入層壓機(jī)內(nèi)，通過抽真空將組件內(nèi)的空氣抽出，然后加熱使EVA熔化將電池、玻璃和背板粘接在一起；最后冷卻取出組件。層壓工藝是組件生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，層壓溫度層壓時(shí)間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時(shí)，層壓循環(huán)時(shí)間約為25分鐘。固化溫度為150℃。修邊：層壓時(shí)EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應(yīng)將其切除。裝框：類似與給玻璃裝一個(gè)鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強(qiáng)度，進(jìn)一步的密封電池組件，延長電池的使用壽命。邊框和玻璃組件的縫隙用硅酮樹脂填充。各邊框間用角鍵連接。焊接接線盒：在組件背面引線處焊接一個(gè)盒子，以利于電池與其他設(shè)備或電池間的連接。高壓測試：高壓測試是指在組件邊框和電極引線間施加一定的電壓，測試組件的耐壓性和絕緣強(qiáng)度，以保證組件在惡劣的自然條件下不被損壞。組件測試：測試的目的是對電池的輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，測試其輸出特性，確定組件的質(zhì)量等級。第五節(jié) 伺服系統(tǒng)方案太陽能作為一種清潔無污染的能源, 發(fā)展前景非常廣闊, 太陽能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快的技術(shù)。然而它也存在著間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問題, 這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太陽能電池板陣列基本上都是固定的, 沒有充分利用太陽能資源, 發(fā)電效率低下。為了最大程度地利用太陽能，高效能的太陽能電池和先進(jìn)的太陽發(fā)電自動(dòng)光源跟蹤系統(tǒng)（追日系統(tǒng)）必不可少。太陽發(fā)電自動(dòng)光源跟蹤系統(tǒng)憑借多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，不斷調(diào)整太陽能電池板，達(dá)到最佳的角度和位置，獲得最強(qiáng)烈的陽光。本項(xiàng)目伺服系統(tǒng)以PIC16F877A單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)跟蹤太陽高度角與方位角轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)太陽跟蹤器，該系統(tǒng)跟蹤準(zhǔn)確、能耗低、可靠性高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定，發(fā)電效率提高35％以上。一、自動(dòng)太陽跟蹤器的基本原理自動(dòng)太陽跟蹤器，故名思意基本功能就是使光伏陣列隨著太陽而轉(zhuǎn)動(dòng)，基本原理框圖如圖所示。 該系統(tǒng)時(shí)刻檢測太陽與光伏陣列的位置并將其輸入到控制單元，控制單元對這2個(gè)信號進(jìn)行比較并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使太陽光時(shí)刻垂直入射到光伏陣列的表面上。雖然太陽在太空中的位置時(shí)刻都在變化，但其運(yùn)行卻具有嚴(yán)格的規(guī)律性，在地平坐標(biāo)系中，太陽的位置可由高度角a與方位角φ來確定，公式如下：式中： δ為太陽赤緯角；φ為當(dāng)?shù)氐木暥冉?；ω為時(shí)角。太陽赤緯角與時(shí)角可以由本地時(shí)間確定，而對確定的地點(diǎn)，本地的緯度角也是確定，因此只要輸入當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)地理位置與時(shí)間信息就可以確定此時(shí)此刻的太陽位置。二、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案PIC16F877A是一款具有RISC結(jié)構(gòu)的高性能中檔單片機(jī)，僅有35條單字指令，8 k14個(gè)字節(jié)FLASH程序存儲器，3688個(gè)字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器，2568個(gè)字節(jié)E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，14個(gè)中斷源，8級深度的硬件堆棧，內(nèi)部看門狗定時(shí)器，低功耗休眠模式，高達(dá)25 mA的吸入／拉出電流，外部具有3個(gè)定時(shí)器模塊，2個(gè)16位捕捉器／16位比較器／10位PWM模塊，10位多通道A／D轉(zhuǎn)換器，通用同步異步接收／發(fā)送器等功能模塊。自動(dòng)太陽跟蹤器的控制方式主要有微處理器控制、PLC控制、DSP控制與模擬電路控制4種形式，根據(jù)以上原理，本項(xiàng)目選擇性價(jià)比較高的PIC16F877A單片機(jī)為控制核心，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體原理框圖如圖所示：整個(gè)控制器主要由控制單元與驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2部分組成?？刂茊卧山嵌扔?jì)算及反饋控制、啟動(dòng)信號產(chǎn)生、電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生、保護(hù)信號處理與人機(jī)通訊5個(gè)部分組成。系統(tǒng)功能說明如下：單片機(jī)循環(huán)檢測光伏陣列的位置，并將其與計(jì)算出的此時(shí)本地太陽的高度角與方位角進(jìn)行比較來確定光伏陣列是否跟蹤上太陽的位置，如果沒有且啟動(dòng)信號滿足啟動(dòng)條件，單片機(jī)就發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；保護(hù)信號是保證系統(tǒng)在外界以及其他非人為因素情況下所執(zhí)行的一種操作指令，以確保系統(tǒng)不受損壞，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行單元主要功能是用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)，并通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)光伏電池陣列轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂茊卧布O(shè)計(jì)由于采用了單片機(jī)作為主控制單元，大部分工作都由單片機(jī)在軟件中實(shí)現(xiàn)，從而簡化了控制電路的硬件設(shè)計(jì)，簡要說明主要控制部分的實(shí)現(xiàn)過程。(1)角度計(jì)算及反饋控制單片機(jī)通過外擴(kuò)三態(tài)鎖存器輸入口獲取時(shí)鐘模塊產(chǎn)生的時(shí)間信號與光電旋轉(zhuǎn)編碼器的位置信號后，利用單片機(jī)快速運(yùn)算處理能力用軟件加以實(shí)現(xiàn)；(2)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號生成本項(xiàng)目采用的是步進(jìn)電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部自帶的10位PWM波發(fā)生模塊產(chǎn)生，只需在軟件中設(shè)置相應(yīng)的有關(guān)參數(shù)就可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速； (3)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的異步接受／發(fā)送器等功能模塊，硬件部分只需加MAX 232加以電平轉(zhuǎn)換，便可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸； (4)考慮到光伏發(fā)電只有在太陽光強(qiáng)滿足一定強(qiáng)度的時(shí)候才能發(fā)電，啟動(dòng)信號主要是利用光敏二極管檢測光強(qiáng)，保證系統(tǒng)在夜間或陰雨天不滿足發(fā)電條件的情況下，系統(tǒng)停止跟蹤，檢測主要由放大、比較與光耦隔離3個(gè)部分組成。 (5)系統(tǒng)的保護(hù)功能主要包括大風(fēng)保護(hù)、電網(wǎng)掉電保護(hù)、振動(dòng)過大保護(hù)、限位開關(guān)與接近開關(guān)保護(hù)組成，單片機(jī)檢測到保護(hù)信號產(chǎn)生時(shí)，便發(fā)出指令將系統(tǒng)停放在安全的位置上，確保整個(gè)系統(tǒng)不受損壞。電網(wǎng)掉電檢測主要由降壓、整流與光耦隔離3個(gè)部分組成?？刂茊卧浖O(shè)計(jì)軟件是該控制系統(tǒng)的核心，除一些保護(hù)自鎖功能通過硬件實(shí)現(xiàn)外，大部分功能均通過軟件來實(shí)現(xiàn)，整個(gè)軟件采用C語言模塊化編程方式，易于系統(tǒng)的移植與集成。 首先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，之后讀取系統(tǒng)初始校驗(yàn)值作為光電旋轉(zhuǎn)編碼器的位置基準(zhǔn)。主循環(huán)程序不斷檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如果滿足復(fù)位條件便發(fā)出指令轉(zhuǎn)入復(fù)位子程序，迅速將電池板轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢煤蟠龣C(jī)以等待新的指令；校驗(yàn)子程序?qū)ο到y(tǒng)重新進(jìn)行校驗(yàn)，并將新的位置檢驗(yàn)值存儲到單片機(jī)內(nèi)部自帶的E2PROM中作為新的位置基準(zhǔn)，他可以用來消除系統(tǒng)的累積誤差，同時(shí)也方便了系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；系統(tǒng)通常運(yùn)行在自動(dòng)跟蹤狀態(tài)，單片機(jī)時(shí)刻檢測太陽與電池板實(shí)際位置間的差值并結(jié)合啟動(dòng)條件發(fā)出相應(yīng)的PWM脈沖，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；此外主循環(huán)程序還不斷檢測當(dāng)前太陽與電池板的位置，將位置信息通過數(shù)據(jù)總線與RS 232分別送到液晶顯示與PC機(jī)監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，并將有關(guān)位置參數(shù)及時(shí)存到單片機(jī)的E2PROM中。為了充分利用PIC16F877單片機(jī)的系統(tǒng)資源，提高單片機(jī)的檢測速度，單片機(jī)接收PC機(jī)的數(shù)據(jù)采用中斷來實(shí)現(xiàn)，流程框圖如圖5所示。系統(tǒng)的抗干擾措施該系統(tǒng)從軟件與硬件兩個(gè)方面來增強(qiáng)抗干擾措施，主要手段有：(1)外部輸入信號與控制系統(tǒng)信號不共地；(2)有的外部輸入信號輸入到單片機(jī)內(nèi)部之前都經(jīng)過嚴(yán)格的光耦電路加以隔離；(3)優(yōu)化PCB布線結(jié)構(gòu)，減少過孔，以降低寄生電容雜散電感的影響；(4)保證整個(gè)系統(tǒng)可靠接地；(5)外部信號采用屏蔽電纜線傳輸；(6)軟件上增加軟件濾波、看門口定時(shí)器與軟件陷阱等措施，保證軟件在出現(xiàn)