【正文】 面不平整度、少子壽命、電阻率、P/N型和微裂紋等。該組設備分自動上下料、硅片傳輸、系統(tǒng)整合部分和四個檢測模塊。其中，光伏硅片檢測儀對硅片表面不平整度進行檢測，同時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；另外還有兩個檢測模組，其中一個在線測試模組主要測試硅片體電阻率和硅片類型，另一個模塊用于檢測硅片的少子壽命。在進行少子壽命和電阻率檢測之前，需要先對硅片的對角線、微裂紋進行檢測，并自動剔除破損硅片。硅片檢測設備能夠自動裝片和卸片，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，以去除硅片表面機械損傷。而后進行硅片表面絨化，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，主要是通過化學腐蝕，硅片化學腐蝕的主要目的是消除切片帶來的表面損傷，同時也能起到一定的絨面效果，從而減少光反射。三、擴散制結太陽能電池需要一個大面積的PN結以實現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，而擴散爐即為制造太陽能電池PN結的專用設備。管式擴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。擴散一般用三氯氧磷液態(tài)源作為擴散源。把P型硅片放在管式擴散爐的石英容器內(nèi)，在850900攝氏度高溫下使用氮氣將三氯氧磷帶入石英容器，通過三氯氧磷和硅片進行反應，得到磷原子。經(jīng)過一定時間，磷原子從四周進入硅片的表面層，并且通過硅原子之間的空隙向硅片內(nèi)部滲透擴散，形成了N型半導體和P型半導體的交界面，也就是PN結。這種方法制出的PN結均勻性好，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結是太陽能電池生產(chǎn)最基本也是最關鍵的工序。因為正是PN結的形成，才使電子和空穴在流動后不再回到原處，這樣就形成了電流，用導線將電流引出，就是直流電。四、等離子刻蝕由于在擴散過程中，即使采用背靠背擴散，硅片的所有表面包括邊緣都將不可避免地擴散上磷。PN結的正面所收集到的光生電子會沿著邊緣擴散有磷的區(qū)域流到PN結的背面，而造成短路。因此，必須對太陽能電池周邊的摻雜硅進行刻蝕，以去除電池邊緣的PN結。通常采用等離子刻蝕技術完成這一工藝。等離子刻蝕是在低壓狀態(tài)下，反應氣體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?；钚苑磻鶊F由于擴散或者在電場作用下到達SiO2表面，在那里與被刻蝕材料表面發(fā)生化學反應，并形成揮發(fā)性的反應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)生化學反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸，以去除擴散制結后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃。在擴散過程中，POCL3與O2反應生成P2O5淀積在硅片表面。P2O5與Si反應又生成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。去磷硅玻璃的設備一般由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動配酸系統(tǒng)等部分組成，主要動力源有氫氟酸、氮氣、壓縮空氣、純水，熱排風和廢水。氫氟酸能夠溶解二氧化硅是因為氫氟酸與二氧化硅反應生成易揮發(fā)的四氟化硅氣體。若氫氟酸過量，反應生成的四氟化硅會進一步與氫氟酸反應生成可溶性的絡和物六氟硅酸。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?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中常采用PECVD設備制備減反射膜。PECVD即等離子增強型化學氣相沉積。它的技術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定的溫度，然后通入適量的反應氣體SiH4和NH3，氣體經(jīng)一系列化學反應和等離子體反應，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型化學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?shù)奶岣?。七、絲網(wǎng)印刷太陽能電池經(jīng)過制絨、擴散及PECVD等工序后，已經(jīng)制成PN結，可以在光照下產(chǎn)生電流，為了將產(chǎn)生的電流導出，需要在電池表面上制作正、負兩個電極。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定的圖形印刷在基板上，該設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，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動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，接觸線隨刮刀移動而移動，從而完成印刷行程。八、快速燒結經(jīng)過絲網(wǎng)印刷后的硅片，不能直接使用，需經(jīng)燒結爐快速燒結，將有機樹脂粘合劑燃燒掉，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。當銀電極和晶體硅在溫度達到共晶溫度時，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關鍵參數(shù)，使其具有電阻特性，以提高電池片的轉(zhuǎn)換效率。燒結爐分為預燒結、燒結、降溫冷卻三個階段。預燒結階段目的是使?jié){料中的高分子粘合劑分解、燃燒掉，此階段溫度慢慢上升；燒結階段中燒結體內(nèi)完成各種物理化學反應，形成電阻膜結構，使其真正具有電阻特性，該階段溫度達到峰值；降溫冷卻階段，玻璃冷卻硬化并凝固，使電阻膜結構固定地粘附于基片上。第四節(jié) 電池組件封裝工藝技術方案組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產(chǎn)中的關鍵步驟，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，而且還增強了電池的抗擊強度。產(chǎn)品的高質(zhì)量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質(zhì)量非常重要。一、工藝流程電池檢測→自動焊接→敷設→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→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，所以應根據(jù)其性能參數(shù)進行分類；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。自動焊接：是將匯流帶焊接到電池正面（負極）的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，我們使用的焊接機可以將焊帶以多點的形式點焊在主柵線上。焊接用的熱源為一個紅外燈（利用紅外線的熱效應）。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：將排版完的組件檢驗合格后，焊接正負極的引線端，然后覆蓋一層EVA和背材，并將引線端穿孔。敷設時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。（敷設層次：由下向上：玻璃、EVA、電池、EVA、玻璃纖維、背板）。組件層壓：將敷設好的電池放入層壓機內(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)的關鍵一步，層壓溫度層壓時間根據(jù)EVA的性質(zhì)決定。我們使用快速固化EVA時，層壓循環(huán)時間約為25分鐘。固化溫度為150℃。修邊：層壓時EVA熔化后由于壓力而向外延伸固化形成毛邊，所以層壓完畢應將其切除。裝框：類似與給玻璃裝一個鏡框；給玻璃組件裝鋁框，增加組件的強度，進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盒子，以利于電池與其他設備或電池間的連接。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行標定，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。然而它也存在著間歇性、光照方向和強度隨時間不斷變化的問題, 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的太陽發(fā)電自動光源跟蹤系統(tǒng)（追日系統(tǒng)）必不可少。太陽發(fā)電自動光源跟蹤系統(tǒng)憑借多軸運動控制系統(tǒng)，不斷調(diào)整太陽能電池板，達到最佳的角度和位置，獲得最強烈的陽光。本項目伺服系統(tǒng)以PIC16F877A單片機為控制核心，設計了一種自動跟蹤太陽高度角與方位角轉(zhuǎn)動的自動太陽跟蹤器，該系統(tǒng)跟蹤準確、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、自動太陽跟蹤器的基本原理自動太陽跟蹤器，故名思意基本功能就是使光伏陣列隨著太陽而轉(zhuǎn)動，基本原理框圖如圖所示。 該系統(tǒng)時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個信號進行比較并產(chǎn)生相應的輸出信號來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構，使太陽光時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刻都在變化，但其運行卻具有嚴格的規(guī)律性，在地平坐標系中，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?shù)氐木暥冉?；ω為時角。太陽赤緯角與時角可以由本地時間確定，而對確定的地點，本地的緯度角也是確定，因此只要輸入當?shù)叵嚓P地理位置與時間信息就可以確定此時此刻的太陽位置。二、系統(tǒng)的整體設計方案PIC16F877A是一款具有RISC結構的高性能中檔單片機，僅有35條單字指令，8 k14個字節(jié)FLASH程序存儲器，3688個字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器，2568個字節(jié)E2PROM數(shù)據(jù)存儲器，14個中斷源，8級深度的硬件堆棧，內(nèi)部看門狗定時器，低功耗休眠模式，高達25 mA的吸入／拉出電流，外部具有3個定時器模塊，2個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，本項目選擇性價比較高的PIC16F877A單片機為控制核心，系統(tǒng)實現(xiàn)的具體原理框圖如圖所示：整個控制器主要由控制單元與驅(qū)動執(zhí)行機構2部分組成?？刂茊卧山嵌扔嬎慵胺答伩刂啤有盘柈a(chǎn)生、電機驅(qū)動信號產(chǎn)生、保護信號處理與人機通訊5個部分組成。系統(tǒng)功能說明如下：單片機循環(huán)檢測光伏陣列的位置，并將其與計算出的此時本地太陽的高度角與方位角進行比較來確定光伏陣列是否跟蹤上太陽的位置，如果沒有且啟動信號滿足啟動條件，單片機就發(fā)出指令驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動；保護信號是保證系統(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，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。驅(qū)動執(zhí)行單元主要功能是用來實現(xiàn)電機驅(qū)動與旋轉(zhuǎn)，并通過機械傳動機構帶動光伏電池陣列轉(zhuǎn)動。控制單元硬件設計由于采用了單片機作為主控制單元，大部分工作都由單片機在軟件中實現(xiàn)，從而簡化了控制電路的硬件設計，簡要說明主要控制部分的實現(xiàn)過程。(1)角度計算及反饋控制單片機通過外擴三態(tài)鎖存器輸入口獲取時鐘模塊產(chǎn)生的時間信號與光電旋轉(zhuǎn)編碼器的位置信號后，利用單片機快速運算處理能力用軟件加以實現(xiàn)；(2)電機驅(qū)動信號生成本項目采用的是步進電機，其驅(qū)動脈沖由單片機內(nèi)部自帶的10位PWM波發(fā)生模塊產(chǎn)生，只需在軟件中設置相應的有關參數(shù)就可改變電機的轉(zhuǎn)速； (3)上位機監(jiān)控系統(tǒng)是利用單片機內(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，便可實現(xiàn)PC機與單片機的數(shù)據(jù)傳輸； (4)考慮到光伏發(fā)電只有在太陽光強滿足一定強度的時候才能發(fā)電，啟動信號主要是利用光敏二極管檢測光強，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個部分組成。 (5)系統(tǒng)的保護功能主要包括大風保護、電網(wǎng)掉電保護、振動過大保護、限位開關與接近開關保護組成，單片機檢測到保護信號產(chǎn)生時，便發(fā)出指令將系統(tǒng)停放在安全的位置上，確保整個系統(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個部分組成?？刂茊卧浖O計軟件是該控制系統(tǒng)的核心，除一些保護自鎖功能通過硬件實現(xiàn)外，大部分功能均通過軟件來實現(xiàn)，整個軟件采用C語言模塊化編程方式，易于系統(tǒng)的移植與集成。 首先對單片機進行初始化，之后讀取系統(tǒng)初始校驗值作為光電旋轉(zhuǎn)編碼器的位置基準。主循環(huán)程序不斷檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如果滿足復位條件便發(fā)出指令轉(zhuǎn)入復位子程序，迅速將電池板轉(zhuǎn)到適當?shù)奈恢煤蟠龣C以等待新的指令；校驗子程序?qū)ο到y(tǒng)重新進行校驗，并將新的位置檢驗值存儲到單片機內(nèi)部自帶的E2PROM中作為新的位置基準，他可以用來消除系統(tǒng)的累積誤差，同時也方便了系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；系統(tǒng)通常運行在自動跟蹤狀態(tài)，單片機時刻檢測太陽與電池板實際位置間的差值并結合啟動條件發(fā)出相應的PWM脈沖，來控制電機轉(zhuǎn)動；此外主循環(huán)程序還不斷檢測當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機監(jiān)控軟件系統(tǒng)中，并將有關位置參數(shù)及時存到單片機的E2PROM中。為了充分利用PIC16F877單片機的系統(tǒng)資源，提高單片機的檢測速度，單片機接收PC機的數(shù)據(jù)采用中斷來實現(xiàn)，流程框圖如圖5所示。系統(tǒng)的抗干擾措施該系統(tǒng)從軟件與硬件兩個方面來增強抗干擾措施，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內(nèi)部之前都經(jīng)過嚴格的光耦電路加以隔離；(3)優(yōu)化PCB布線結構，減少過孔，以降低寄生電容雜散電感的影響；(4)保證整個系統(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、看門口定時器與軟件陷阱等措施，保證軟件在出現(xiàn)死機