载板及延长载板使用寿命的方法与流程

1.本发明涉及光伏电池生产设备技术领域，特别是涉及一种载板及延长载板使用寿命的方法。


背景技术：

2.随着光伏产品的不断升级，高效异质结电池因其效率高以及成本低的优势，占有的市场份额在不断的增加。质结电池的工艺流程为制绒清洗、非晶硅镀膜、tco镀膜以及丝网印刷四步，其中tco镀膜为异质结电池制备导电ito(氧化铟锡)膜层必不可少的步骤，ito膜层质量的好坏严重影响异质结电池的效率。
3.tco镀膜常用的工艺为板式pvd(physical vapor deposition物理气相沉积法)镀膜，在板式pvd镀膜工艺过程中，硅片需放置在载板上后进入腔室进行镀膜。在镀膜过程中载板会不断累积ito分子，长时间循环使用载板后，载板表面会形成一层ito膜层。ito是一种n型高导电材料，与水分子类似，呈现出强极性。因此载板在循环使用过程中容易吸附空气中的水汽。吸附大量水汽的旧载板在进入pvd设备后会不断释放水汽，导致pvd设备抽真空速度变慢，增加了设备的ct(cycle time一个循环时间)时间，严重影响机台产能。并且由于设备抽真空速度变慢，无法跟上主机台传动速度，导致载板无法连续，而载板的不连续会导致ito分子会溅射到腔室各处，使得腔室需定期清理，且造成ito的浪费，大大增加了异质结电池的成本。同时载板携带的大量水汽进入工艺腔室后，水汽将会被电离分解并参与靶材中铟的沉积过程，大大降低电池性能。
4.针对载板水汽引起的一系列问题，目前行业内主要做法是缩短载板更换周期，即缩短了载板的使用寿命，导致成本增加。或者通过腐蚀性化学液清洗去除载板上的ito膜层，但清洗工艺繁琐，并且腐蚀性化学液同样会腐蚀载板，导致载板的使用寿命缩短。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对如何延长载板使用寿命问题，提供一种载板及延长载板使用寿命的方法。
6.一方面，本技术提供一种延长载板使用寿命的方法，包括以下步骤：
7.获取已在产线上使用预设次数的载板；
8.对所述载板进行加热处理，以释放所述载板吸附的水汽；
9.在加热后的所述载板的表面设置隔水保护层。
10.下面对本技术的技术方案作进一步的说明：
11.在其中一个实施例中，所述对所述载板进行加热处理的步骤包括：
12.将所述载板置入第一环境中；
13.加热所述第一环境至180℃-240℃，设定加热时间为5min-10min。
14.在其中一个实施例中，所述对所述载板进行加热处理的步骤还包括：
15.除去所述载板释放到所述第一环境中的水汽。
16.在其中一个实施例中，所述除去所述载板释放到所述第一环境中的水汽的步骤包括：
17.通过分子泵抽出所述第一环境中的水汽；和/或，
18.通过冷阱冷凝所述第一环境中的水汽。
19.在其中一个实施例中，所述在加热后的所述载板的表面设置隔水保护层的步骤包括：
20.向所述载板的表面镀氧化铝材料，使所述氧化铝材料形成所述隔水保护层。
21.在其中一个实施例中，所述向所述载板的表面镀氧化铝材料，使所述氧化铝材料形成所述隔水保护层的步骤包括：
22.将加热后的所述载板置入第二环境中；
23.向所述第二环境通入氩气以及氧气；
24.采用物理气相沉积法将铝靶材镀至所述载板的表面，以在所述载板的表面形成氧化铝材质的所述隔水保护层。
25.在其中一个实施例中，所述物理气相沉积法的功率密度为100w/cm～300w/cm；沉积速率为2nm/s～6nm/s；沉积压力为0.3pa～1.2pa；沉积温度为50℃～150℃。
26.在其中一个实施例中，向所述第二环境通入所述氩气的流量为500sccm～1000sccm；向所述第二环境通入所述氧气的流量为50sccm～1000sccm。
27.在其中一个实施例中，所述预设次数为大于或等于1000次。
28.另一方面，本技术还提供一种载板，所述载板包括本体、覆盖于本体外的导电膜层以及覆盖于所述导电膜层外的隔水保护层。
29.上述载板及延长载板使用寿命的方法通过对已在产线上使用一定次数的载板进行加热，使载板的ito膜层所吸附的水汽得到释放，减小载板的含水量。再在除去水汽后的载板的表面设置隔水保护层，隔水保护层能隔绝载板的ito膜层与空气中的水汽，抑制了ito膜层吸附空气中的水汽，从而在载板后续循环使用中，避免了载板再吸收空气中的水汽，有效降低了载板水汽，使得原本因沉积有过厚ito膜层而需要更换的载板可以被再次循环使用，延长了载板的使用寿命。
附图说明
30.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
31.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为一实施例的延长载板使用寿命的方法的流程图；
33.图2为一实施例的载板的结构示意图。
34.10、本体；20、导电膜层；30、隔水保护层。
具体实施方式
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
36.一方面，本技术一实施例提供一种延长载板使用寿命的方法，用于在pvd镀膜工艺中，解决载板在长时间循环使用中，表面沉积过厚的ito层，导致载板容易吸附空气中的水汽的问题。具体地，参阅图1，一实施例的延长载板使用寿命的方法包括以下步骤：
37.s110:获取已在产线上使用预设次数的载板；
38.s120:对所述载板进行加热处理，以释放所述载板吸附的水汽；
39.s130:在加热后的所述载板的表面设置隔水保护层。
40.具体地，在pvd产线上已使用一定次数的载板会在表面形成一层ito膜层，ito膜层容易吸收空气中的水汽，导致载板在循环使用中再次被传送进镀膜设备的工艺腔室中时，会带入较多的水汽，影响镀膜过程中的效率和电池片膜层的性能。本技术通过对已在产线上使用一定次数的载板进行加热，使载板的ito膜层所吸附的水汽得到释放，减小载板的含水量。再在除去水汽后的载板的表面设置隔水保护层，隔水保护层能隔绝载板的ito膜层与空气中的水汽，抑制了ito膜层释放或吸附水汽，从而在载板后续循环使用中，避免了载板再吸收空气中的水汽，有效降低了载板水汽，使得原本因沉积有过厚ito膜层而需要更换的载板可以被再次循环使用，延长了载板的使用寿命。
41.可选地，在s110的步骤中，已使用预设次数的载板可以设定为已使用大于或等于1000次的载板。具体地，载板使用次数越多，其表面沉积的ito膜层越厚，ito膜层越厚吸水能力越强。已使用大于或等于1000次的载板的表面沉积的ito膜层大约为100um，其吸水能力已经开始影响到电池片镀膜过程中的效率和电池片膜层的性能，需要进行处理。将预设次数设定为大于或等于1000次，使得成本控制更为合理。
42.进一步地，所述对所述载板进行加热处理的步骤包括：
43.s111:将所述载板置入第一环境中；
44.可选地，第一环境可以为密闭腔室，例如加热腔室或其他工艺腔室。可理解地，在其他实施例中，第一环境也可以为开放环境。
45.s112:加热第一环境至180℃-240℃，设定加热时间为5min-10min。
46.可选地，对第一环境加热的方式可以为加热丝辐射加热也可以为激光加热。将加热温度设定为180℃-240℃，加热时间设定为5min-10min，使得被载板的ito膜层吸附的水汽能充分释放，大大降低载板的含水量，使得载板以较小的水汽含量进入到下一步设置隔水保护层的工艺；
47.进一步地，所述对所述载板进行加热处理的步骤还包括：
48.s113:除去所述载板释放到所述第一环境中的水汽。
49.具体地，在载板加热过程通持续地除去载板释放到所述第一环境中的水汽，从而减少第一环境中的水汽，提高载板释放水汽的效率，进一步促进载板释放水汽。
50.较佳地，除去载板释放到所述第一环境中的水汽的步骤包括：
51.s1131：通过分子泵抽出所述第一环境中的水汽。
52.具体地，分子泵是一种真空泵，利用高速旋转的转子把动量传输给第一环境中的气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走，从而达到去除第一环境中水汽的目的。
53.进一步地，除去载板释放到所述第一环境中的水汽的步骤还包括：
54.s1132：通过冷阱冷凝所述第一环境中的水汽。
55.具体地，冷阱可以为一个能到-120℃以下的制冷盘管，将冷阱放置在第一环境中或分子泵的泵口，通过分子泵能迅速捕集第一环境的水汽，并通过冷阱表面的低温冷凝效应，能将水汽在冷阱部位直接凝结，提高了去除第一环境中水汽的效果。
56.具体地，在加热后的所述载板的表面设置隔水保护层的步骤包括：
57.s131:向所述载板的表面镀氧化铝材料，使所述氧化铝材料形成所述隔水保护层。
58.具体地，氧化铝材质致密，性能稳定，通过氧化铝材料形成隔水保护层能有效隔绝载板的ito膜层与空气中的水汽，抑制了ito膜层吸附水汽,并且氧化铝材料本身不会与空气中的水汽反映，有效地保护了载板，从而延长载板使用寿命。值得说明的是，在其他实施例中，隔水保护层也可以是疏水涂层或其他致密涂层。
59.较佳地，向所述载板的表面镀氧化铝材料，使所述氧化铝材料形成所述隔水保护层的步骤包括：
60.s1311:将加热后所述载板置入第二环境中；
61.具体地，第二环境可以为密闭腔室，例如真空腔或其他工艺腔等。
62.s1312:向所述第二环境通入氩气以及氧气；
63.具体地，氩气作为工艺气体，能电离产生出氩离子，氩离子能以高能量轰击铝靶材表面，使铝靶材溅射出铝粒子。氧气用于与铝靶材溅射出铝粒子反应，以在载板的表面形成氧化铝材质的所述隔水保护层。进一步地，向所述第二环境通入所述氩气的流量为500sccm～1000sccm。向所述第二环境通入所述氧气的流量为50sccm～1000sccm。
64.s1313:采用物理气相沉积法将铝靶材镀至所述载板的表面，以在所述载板的表面形成氧化铝材质的所述隔水保护层。
65.具体地，物理气相沉积法(physical vapor deposition简称pvd)是用物理的方法(如蒸发、溅射等)使镀膜材料气化，在基体表面沉积成膜的方法。其沉积类型包括:真空蒸镀、溅射镀、离子镀等。在本实施例中，采用物理气相沉积中的磁控溅射法。采用物理气相沉积法镀隔水保护膜层除了具备无污染，镀膜质量好等优点外，还可以直接使用原有的用于硅片镀膜的pvd镀膜设备，只需将靶材更换为铝靶材即可，无需新增其他设备，节省了成本。
66.利用物理气相沉积法，使用铝靶材，并且在含氧的氛围下可在载板的表面覆盖一层致密的氧化铝材质的薄膜，即隔水保护层，致密的氧化铝材质的隔水保护层不与水反应，也不会吸附空气中的水汽，使得载板水汽大大降低，而且由于氧化铝材质的隔水保护层的覆盖，使得载板上的ito膜层无法与空气中的水汽接触，无法对其进行吸附和释放，有效降低了载板水汽，使得载板使用寿命得到提升。
67.可选地，在本实施例中，所述物理气相沉积法的功率密度为100w/cm～300w/cm；沉积速率为2nm/s～6nm/s；沉积压力为0.3pa～1.2pa；沉积温度为50℃～150℃。通过设置不同的功率密度、沉积速率、沉积压力、气体流量等调节镀膜效率。
68.另一方面，本技术还提供一种采用上述延长载板使用寿命的方法处理过的载板。
具体地，参见图2，一实施例的载板包括本体10、覆盖于本体10外的导电膜层20以及覆盖于导电膜层20外的隔水保护层30。其中，本体10可以为不锈钢板，导电膜层20为本体10在pvd镀膜工序中多次使用后，在载板本体10表面形成的ito膜层。隔水保护层30为氧化铝膜层，通过在旧载板的ito膜层外覆盖一层致密的氧化铝材质的隔水保护层30，隔水保护层30不与水反应，也不会吸附空气中的水汽，使得载板水汽大大降低，而且由于氧化铝材质的隔水保护层的覆盖，使得载板上的ito膜层无法与空气中的水汽接触，无法对其进行吸附和释放，有效降低了载板水汽，使得载板使用寿命得到提升。
69.下面通过实验对照进一步说明使用上述方法处理过的载板对制备电池片的性能的影响。
70.实验例1：通过上述延长载板使用寿命的方法处理过的载板制备电池片，该电池片命名为sy1。实验例1包括以下步骤：
71.s210：取pvd镀膜产线上使用大于1000次的载板，在载板的正背面分别沉积约100um厚的ito膜层；
72.s220：在第一环境中，对载板进行加热处理，设定加热温度为200℃，加热时间为5min；
73.s230：在第二环境中，在已加热的载板上镀氧化铝材质的隔水保护层，膜厚为1um，使用的靶材为al靶、功率密度为200w/cm、沉积速率为4nm/s、沉积压力为1.0pa、沉积温度为120℃、使用工艺气体为氩气和氧气，其中氩气的气体流量为800sccm，氧气的气体流量为80sccm。
74.s240：选择n型、厚度150um单晶硅片进行制绒清洗制备绒面；
75.s250：通过pecvd方法，在制绒完成后的硅片正背面制备本征非晶硅层和掺杂非晶硅层；
76.s260：通过pvd磁控溅射方法，使用上述处理过的载板，在硅片的掺杂非晶硅层上制备厚度为110nm的ito层，过程中监控机台进料c1腔ct、载板是否连续以及载板水汽值(通过mks-rga进行监控)；
77.s270：通过丝网印刷方法，在ito层上制备ag电极并完成固化；
78.s280：进行测试电池的电性能。
79.对比例2：通过新载板(使用次数少于100次)制备电池片，该电池片命名为bl1。对比例1包括以下步骤：
80.s310：选择n型、厚度150um单晶硅片进行制绒清洗制备绒面；
81.s320：通过pecvd方法，在制绒完成后的硅片正背面制备本征非晶硅层和掺杂非晶硅层；
82.s330：通过pvd磁控溅射方法，使用新载板(使用次数小于100次)，在硅片的掺杂非晶硅层上制备厚度为110nm的ito层，过程中监控机台进料c1腔ct、载板是否连续以及载板水汽值(通过mks-rga进行监控)；
83.s340：通过丝网印刷方法，在ito层上制备ag电极并完成固化；
84.s350：进行测试电池的电性能。
85.对比例2：通过旧载板(使用次数大于1000次)制备电池片，该电池片命名为bl2。对比例2包括以下步骤：
86.s410：选择n型、厚度150um单晶硅片进行制绒清洗制备绒面；
87.s420：通过pecvd方法，在制绒完成后的硅片正背面制备本征非晶硅层和掺杂非晶硅层；
88.s430：通过pvd磁控溅射方法，使用旧载板(使用次数大于1000次)，在硅片的掺杂非晶硅层上制备厚度为110nm的ito层，过程中监控机台进料c1腔ct、载板是否连续以及载板水汽值(通过mks-rga进行监控)；
89.s440：通过丝网印刷方法，在ito层上制备ag电极并完成固化；
90.s450：进行测试电池的电性能。
91.表1通过本技术的方法处理前后的载板制备的电池对比表
[0092][0093]
其中，ct为进料c1腔单次循环时间；eff为转换效率；isr为短路电流；voc为开路电压；ff为填充因子；rs为串联电阻；rsh为并联电阻。
[0094]
1、对比不同实验条件的制备过程数据，由表1可知：
[0095]
1)从c1腔ct(cycle time一个循环时间)时间来看，在使用旧载板时，c1腔ct时间较新载板延长了7s，而通过本技术处理后的旧载板与新载板对比c1腔ct时间无差异，未出现延长的情况，说明了本技术的方案能够有效降低旧载板水汽的释放，从而降低机台ct时间，提高产能。
[0096]
2)从主机台载板是否连续情况来看，使用新载板时，载板可以维持连续状态，而在使用旧载板时，载板间无法紧密相连，再将旧载板通过本技术的方法处理后，可与新载板一致，能够保持载板连续，同样说明了本技术方案能够减少载板水汽的释放，使得c1腔达到ready时间缩短，不会出现节拍断层的情况，使得载板能够连续，从而提高靶材的实际利用率。
[0097]
3)从rga监控的载板水汽值来看，通过本技术处理后的旧载板与新载板水汽值基本无明显差异，较旧载板水汽降低5.24e-6mbar，说明本技术方案通过隔水保护层覆盖载板表面的ito膜层，使得载板水汽的释放和吸收得到抑制。
[0098]
2、对比不同实验条件所制备的电池片的电性能数据，由表1可以看出：
[0099]
1)从电性能数据来看，使用本技术的方法处理后的旧载板生产时，效率较原旧载板提升0.85％，可恢复至新载板相同水平。主要是填充因子ff降低较多，使用旧载板镀膜，ff下降0.62％，而将旧载板使用本技术的方法处理后ff无明显降低，说明了本技术方案对载板形成隔水保护层后，水汽释放和吸收得到抑制，减少水汽对ito膜层的结晶性及导电性的影响。
[0100]
综上，使用本技术的方法处理后的旧载板生产时，不会出现原旧载板引起的效率降低、ct时间延长、载板不连续等一系列问题，本技术的方法在维护产线效率稳定的同时，有效提高产能，同时也提高了靶材利用率，降低单耗，实现降本增效。
[0101]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0102]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
[0103]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0104]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0105]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0106]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0107]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。