本发明涉及太阳能电池或平板显示的真空设备领域，特别涉及一种硅片上料/下料传输系统及其工作方法。
背景技术：
在太阳能电池或平板显示领域，如何提高产能及控制成本一直是制造商追求的目标。倘若人们采用叠层反应腔结构同时处理多片基板，显然就可使产能显著提高。特别在目前流行的高效薄膜/晶硅异质结太阳能电池领域中，因为i层非晶硅覆膜厚度小于10nm，工艺时间只有10-60s，所以就会要求其他步骤也要提高速度以跟上此成膜节拍。在现有技术中，硅片上下料过程采用的是机械手拿取和皮带传送相结合的方式，具体为：将待处理硅片预先保存在花篮里，通过机械手放置在皮带上，当皮带上存放一定数量硅片后，再由吸盘机械手将这些硅片一次性取放到用来覆膜的托盘上。覆膜完成后再经过吸盘机械手放回到皮带上，最后转移至花篮内。然而，在工业生产中，现有技术的皮带传输方式却存在如下问题：1）皮带传输前，通常由靠近硅片中心的四个支撑柱将硅片顶起进行定位，容易引起硅片与支撑柱之间的相对滑动，损伤硅片绒面，导致电池效率降低。2）为增加产能提高皮带传送速度，使硅片与皮带产生相对滑动导致之前的定位失衡，引发后续设备故障以及降低设备正常作业时间。3）硅片与皮带产生的相对滑动会损伤硅片绒面，降低电池效率。4）若为克服上述2）和3）技术问题就必须明显降低皮带传送速度，迫使硅片上下料的速度降低，影响设备产能。
故，大规模工业生产中，设计一种有效的硅片上下料传输系统使之能同时提高产能和电池效率成为一亟待解决的技术难题。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供了一种硅片上料传输系统，通过设置多个花篮并使相邻两花篮的中心距为托盘相邻的凹槽中心距的整数倍的方法克服了现有技术中因使用皮带传输而带来的一系列不足，从而同时提高设备产能和提高电池转换效率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种硅片上料传输系统，包括：带有凹槽的托盘；多个上端开口且均匀排布的花篮，所述花篮内沿竖直方向堆叠有多片硅片，所述相邻的两个花篮的中心距为所述相邻凹槽中心距的整数倍；上料吸盘机械手，用于将所述硅片从所述花篮取出并放置到所述托盘的凹槽内，所述上料吸盘机械手包括：上料机械臂、固定设置于所述上料机械臂下端的吸盘、控制吸盘对硅片进行吸起或放置动作的控制单元，所述吸盘位置与至少一部分的所述花篮的位置相对应。
可选地，所述控制单元将所述硅片的放置动作设置为多次，所述上料机械臂在每相邻两次放置动作的间隔时间内移动的距离为所述相邻凹槽中心距的整数倍。
可选地，所述花篮侧壁上设有开口，为设置在所述花篮外的定位元件的移动提供通道，以对所述硅片进行定位。
本发明还提供了一种硅片上料传输系统的工作方法，所述方法包括以下步骤：第一步，提供多个上端开口且均匀排布的花篮和带有凹槽的空置托盘，所述花篮内沿竖直方向堆叠有多片硅片，所述相邻的两个花篮的中心距为所述相邻凹槽中心距的整数倍；第二步，使所述花篮内的硅片位于定位面并完成定位处理；第三步，上料吸盘机械手将所述至少一部分花篮内的硅片吸起并移至所述托盘上方；第四步，所述上料吸盘机械手将所述硅片放置于所述托盘上后再移回至所述花篮上方；第五步，重复上述第二步至第四步，直至所述托盘上填满硅片为止。
可选地，第四步中所述上料吸盘机械手将所述硅片分多次放置于所述托盘上，所述上料机械臂在每相邻两次放置动作的间隔时间内移动的距离为所述相邻凹槽中心距的整数倍。
本发明还提供了一种硅片下料传输系统，包括：带有凹槽的托盘，所述凹槽内装有硅片；多个上端开口且均匀排布的花篮，所述相邻的两个花篮的中心距为所述相邻凹槽中心距的整数倍；下料吸盘机械手，用于将所述硅片从所述托盘的凹槽中取出并放置在所述花篮内，所述下料吸盘机械手包括：下料机械臂、固定设置于所述下料机械臂下端的吸盘、控制吸盘对硅片进行吸起或放置动作的控制单元，所述吸盘位置与所述托盘上至少一部分的硅片的位置相对应。
可选地，所述控制单元将所述硅片的放置动作设置为多次，所述下料机械臂在每相邻两次放置动作的间隔时间内移动的距离为所述相邻两个花篮中心距的整数倍。
本发明还提供了一种硅片下料传输系统的工作方法，所述方法包括以下步骤：第一步，提供多个上端开口且均匀排布的花篮和带有凹槽的托盘，所述凹槽内装有硅片，所述相邻的两个花篮的中心距为所述凹槽中心距的整数倍；第二步，下料吸盘机械手将至少一部分托盘内的所述硅片吸起并移至所述花篮上方；第三步，所述下料吸盘机械手将所述硅片放置于所述花篮上后再移回至所述托盘上方；第四步，重复上述第二步和第三步，直至所述托盘上硅片取尽。
可选地，第四步中所述下料吸盘机械手将所述硅片分多次放置于所述花篮内，所述下料机械臂在每相邻两次放置动作的间隔时间内移动的距离为所述相邻两个花篮中心距的整数倍。
相对于现有技术，本发明所提供的技术方案具有以下优势：
1）本发明通过设置多个花篮并使相邻两花篮的中心距为托盘相邻凹槽中心距的整数倍的方法可以使硅片从花篮直接上料至托盘，或者从托盘直接下料至花篮，克服了现有技术中因使用皮带传输而带来的一系列不足，能够同时提高设备产能和提高电池装换效率。
2）在硅片上料传输系统中，采用在花篮内对硅片直接定位的方法，可以避免现有技术中支撑柱对绒面的破坏，提高电池转换效率。
3）硅片上下料速度明显加大，可以适应多腔叠层并行设计的真空设备，也可以适应短工艺时间的薄膜/晶硅异质结太阳能电池的制造，克服现有技术中硅片上下料速度与工艺时间和工业产能不匹配的技术难题。
4）根据工业生产和工艺条件的不同要求可以对花篮的个数、布局和上下料传输速度进行灵活的设置，兼顾厂房场地条件、设备成本、设备产能等多方面因素的影响。
附图说明：
图1为本发明一实施例中硅片上料传输系统的示意图；
图2为图1中花篮的放大图；
图3为图2的俯视图；
图4为本发明硅片上料传输系统的工作方法流程图；
图5为本发明硅片上料系统设置为一次搬运四次放置的示意图；
图6为本发明硅片上料系统设置为两次搬运四次放置的示意图；
图7为本发明硅片上料系统设置为四次搬运四次放置的示意图；
图8为本发明另一实施例中硅片上料传输系统的示意图；
图9为本发明一实施例中硅片下料传输系统的示意图。
具体实施例：
图1为本发明一实施例中硅片上料传输系统的示意图，该硅片上料传输系统包括托盘010、花篮020和上料吸盘机械手030。其中托盘010用于真空设备中硅片的承载和传输，托盘010上设置有用于承载硅片的凹槽，可容纳硅片011的数量由凹槽数量决定，例如常见的一个托盘上可放置156mm*156mm的硅片56片或者64片。花篮020上端开口且排布均匀，用于大气中承载硅片，花篮020的数量为多个，可根据占地面积，搬运次数，工作效率等因素综合考虑设置具体数值。在上料前，硅片011在花篮020中沿竖直方向堆叠，在上料后，硅片在托盘010的凹槽内水平排开放置。上料吸盘机械手030，用于将硅片从所述花篮020中取出并放置到托盘010中，上料吸盘机械手030包括：上料机械臂031、固定设置于上料机械臂031上的吸盘032、控制吸盘对硅片进行吸起或放置动作的控制单元（图未示）。
图2为图1中花篮020的放大图，图3为图2的俯视图。花篮020内为多层设计，每层可放置一硅片011，其具体层数通常<100，花篮侧壁上设有开口，所述开口个数为2-4个，花篮外部有定位框架050，定位框架上设置有定位元件021，用于对花篮内的硅片011进行定位，所述开口为定位元件021的移动提供通道。需要指出的是，本实施例中仅提供了一种花篮内的定位实例，实际上，只要能够对花篮内的硅片起到定位作用的设计均可实施。所述定位元件021的材料可选为陶瓷或者塑料等，优选为特氟龙材料，形状不特别限制，优选为小圆柱体。定位元件021所在的水平面为定位面，其位置应不低于花篮内各硅片盛放的位置。在硅片被上料吸盘机械手取出之前，应先在定位面处对硅片进行定位。当待定位的硅片上升至待定位面时，定位元件021会向硅片中心运动以对硅片进行定位，优选地定位元件021内侧间距应略大于硅片011的对应边长，其允许误差优选为0.3mm，这种选取既可以保证定位的准确性又不至于损坏硅片。
本申请中，假设相邻的两个凹槽中心距为a，相邻的两个花篮的中心距为b，则b应设置为a的整数倍（参见图1）。需要指出的是凹槽、花篮、硅片的形状不一定是正方形，也可以是矩形，所以此处凹槽中心距、花篮中心距、硅片边长的定义既可以是指横向距离，也可以是指纵向距离，并不做特别限制，只要保证三者对应在同一方向上即可。
硅片上料传输系统的主要功能是将硅片从花篮中取出并放置到托盘上，为进入真空设备做准备。在图1中，设置于上料机械臂031下端的吸盘032的位置应与全部或者部分花篮020的位置相对应，以使得吸盘032可以同时从上端开口的花篮020上方吸起硅片，控制单元用于控制吸盘对硅片吸起或放置的次数，当吸盘032将花篮020中已定位好的硅片吸起后，上料机械臂会将硅片搬运至托盘上方，并使得硅片恰好能放入对应的凹槽之中，针对每一次的搬运，控制单元可以将硅片的放置动作设置为一次或者多次。因为花篮中心距b为凹槽中心距a的整数倍，所以同一次放置后的硅片在托盘上并不相邻，它们之间会存在凹槽空位。例如当b=2a时，同一次的放置动作会使得托盘上每两片硅片之间存在一个凹槽空位，假若上料机械臂在托盘上方再移动距离a，则第二次放入动作就会使硅片填入这些凹槽空位中。此处，并不特别限制b与a的具体倍数关系，总的来说，只要求每两次放入动作的间隔时间内上料机械臂移动距离为凹槽中心距的整数倍。
本发明还披露了上述硅片上料传输系统的工作方法，可参见图4所示的工作方法流程图，该方法包括以下步骤：
第一步，提供多个上端开口且均匀排布的花篮和带有凹槽的空置托盘，所述花篮内沿竖直方向堆叠有多片硅片，所述相邻的两个花篮的中心距为所述相邻凹槽中心距的整数倍；
第二步，使所述花篮内的硅片位于定位面并完成定位处理；
第三步，上料吸盘机械手将所述至少一部分花篮内的硅片吸起并移至所述托盘上方；
第四步，所述上料吸盘机械手将所述硅片放置于所述托盘上后再移回至所述花篮上方；
第五步，重复上述第二步至第四步，直至所述托盘上填满硅片为止。
其中，在第一步中，所提供的花篮和空置托盘的具体情况可参见图1及前文相应描述。
在第二步中，其具体步骤为（可参考图2）：首先将待定位硅片上升至定位面，接着定位元件021向硅片中心运动以夹紧硅片对其进行定位，然后定位元件松开并返回至初始位置。
在第三步中，上料吸盘机械手可以将花篮内全部或者部分的吸盘吸起，若为一次全部吸起，则花篮的数量应与托盘内凹槽数量保持一致，且上料吸盘机械手对硅片只需一次搬运即可，此时可以节省硅片上料的时间，但是需要较大的占地面积和较多的花篮个数。若为多次吸起，则需要多次搬运，可以节省占地面积和花篮个数，但硅片上料时间会稍长一些。
在第四步中，当硅片被搬运至托盘上方后，所述上料吸盘机械手将硅片放置于托盘凹槽内，该放置可以设为一次放置或者多次放置，例如：若在第三步中上料吸盘机械手一次吸起的硅片数量较多，则此步骤中通常需要多次放置。
为了能够更加清楚的陈述上述第三和第四步骤，下面将结合具体例子展开分析，图5-图7的示例均针对托盘具有64个凹槽，且托盘横向与纵向的凹槽数量相同，各为8个，花篮中心距b为凹槽中心距a的2倍的情况进行说明：
图5为本发明硅片上料系统设置为一次搬运四次放置的示意图。对应于具有64个凹槽的托盘，在大气中也配置64个花篮，上料吸盘机械手一次从64个花篮中共吸起64片硅片，并将这64片硅片一起移至托盘上方，再分四次将硅片放置于托盘上。具体为：首先将标号1的花篮内的硅片放置在标号1的凹槽内，完成第一次放置；然后移动上料机械臂使得原来在标号2花篮内的硅片放置在标号2的凹槽内，完成第二次放置；再接着继续移动上料机械臂使得原来在标号3花篮内的硅片放置在标号3的凹槽内，完成第三次放置；最后再移动一次上料机械臂使得原来在标号4花篮内的硅片放置在标号4的凹槽内，完成第四次放置。图5所示的这种设计，尽管需要较大面积的场地来放置较多个数的花篮，但能够显著节省上料吸盘机械手从花篮到托盘的搬运时间和硅片吸起的时间。
图6为本发明硅片上料系统设置为两次搬运四次放置的示意图。此种情况的设计为大气中配置32个花篮，上料吸盘机械手一次吸起32片硅片。由于托盘内凹槽一共为64个，所以若将托盘内装满硅片，上料吸盘机械手需要进行两次吸起动作，并相应进行两次搬运。具体为：第一次先搬运32片硅片，将原来标号1花篮内的硅片放置在标号1的凹槽内，完成第一次放置；然后移动上料机械臂使得原来在标号2花篮内的硅片放置在标号2的凹槽内，完成第二次放置；接着再进行第二次硅片的搬运，同样搬运32片硅片，先将原来标号1花篮内的硅片放置在标号3的凹槽内，完成第三次放置；然后移动上料机械臂使得原来在标号2花篮内的硅片放置在标号4的凹槽内，完成第四次放置。图6所示的这种设计，综合考虑了上料吸盘机械手的工作时间长短与花篮占地面积大小的因素，通常既能够满足硅片上料速度的要求又能够节省设备的空间占地面积。
图7为本发明硅片上料系统设置为四次搬运四次放置的示意图。此种情况的设计为在大气中配置16个花篮，上料吸盘机械手一次吸起16片硅片。由于托盘内凹槽一共为64个，所以若将托盘内装满硅片，上料吸盘机械手需要进行四次吸起动作，并相应进行四次搬运。具体地：第一次从花篮中吸起16片硅片后，上料吸盘机械手将其放置在标号1的凹槽内，完成第一次放置；第二次从花篮中吸起16片硅片后，上料吸盘机械手将其放置在标号2的凹槽内，完成第二次放置；第三次从花篮中吸起16片硅片后，上料吸盘机械手将其放置在标号3的凹槽内，完成第三次放置；第四次从花篮中吸起16片硅片后，上料吸盘机械手将其放置在标号4的凹槽内，完成第四次放置。图7所示的这种设计，虽然在吸起和搬运硅片过程中花费了一些时间，但是只用到16个花篮，有效节省了占地面积，适用于对硅片上料速度要求不是很高的真空设备。
除去上述托盘横向与纵向的凹槽数量相同以及所有花篮均放置于托盘同一侧的情况外，本发明还适用于托盘横向与纵向凹槽数量不等的情况，以及适用于花篮放置于托盘不同侧的情况。
图8为本发明另一实施例中硅片上料传输系统的示意图。在该实施例中，托盘具有56个凹槽，横向凹槽数为7个，纵向凹槽数为8个。托盘左侧放置16个花篮，右侧放置12个花篮，两侧花篮中心距均为凹槽中心距的2倍。对应于托盘左右两侧的花篮，配置有两套上料吸盘机械手。其工作过程为：左则上料吸盘机械手一次吸起16片左侧花篮内的硅片，将其移至托盘上方后将标号1花篮内的硅片放置在标号1的凹槽内，然后左侧上料吸盘机械手回到左侧花篮上方；在左侧上料吸盘机械手回到左侧花篮上方的同时，右侧上料吸盘机械手吸起12片右侧花篮内的硅片，将其移至托盘上方后将标号2花篮内的硅片放置在标号2的凹槽中，然后右侧上料吸盘机械手回到右侧花篮上方；在右侧上料吸盘机械手回到右侧花篮上方的同时，左侧上料吸盘机械手再吸起16片左侧花篮内的硅片，将其移至托盘上方后将标号1花篮内的硅片放在标号3的凹槽内，然后左侧上料吸盘机械手再回到左侧花篮上方；在左侧上料吸盘机械手回到左侧花篮上方的同时，右侧上料吸盘机械手吸起12片右侧花篮内的硅片，将其移至托盘上方后将标号2花篮内的硅片放置在标号4的凹槽内，然后右侧上料吸盘机械手回到右侧花篮上方。至此，托盘内的凹槽被填满。这种情况的设计，灵活地运用了场地布局，使得两侧的上料吸盘机械手能同时运动，相对于图5-图7的设计可以进一步节省硅片上料的时间，同时，也节省了占地面积。
图5-图8所示的花篮布局呈现矩阵排列，为了降低成本，减少花篮个数，和减少花篮占地面积，本申请中花篮的布局可以为单行排列。
除了硅片上料传输系统及其工作方法外，本发明还披露了与之对应的硅片下料传输系统及其工作方法。
图9为本发明一实施例中硅片下料传输系统的示意图，用于将硅片从托盘上卸载至花篮内。该硅片下料传输系统为图1中硅片上料传输系统的逆过程，两者结构类似，相同之处此处不再赘述。不同之处在于：在硅片下料传输系统中将硅片从托盘中取出并放置到花篮内的为下料吸盘机械手040，所述下料吸盘机械手040包括：下料机械臂041、固定设置于下料机械臂041上的多个吸盘042、控制吸盘对硅片进行吸起或放下动作的控制单元（图未示）。所述吸盘042的位置应与全部或者一部分托盘上凹槽位置相对应，当吸盘042将凹槽内的硅片吸起后，下料吸盘机械手会将其搬运至花篮上方，并将硅片放入对应的花篮之中。针对每一次的搬运，控制单元可以将硅片的放入动作设置为一次或者多次。因为两个花篮的中心距b为两个凹槽中心距a的整数倍，所以一次的放入动作会将部分硅片放在部分花篮中，而下一次的放入动作则会将硅片放入另一部分花篮之中，以此类推，直至所有托盘内所有的硅片均完成卸载。每两次放入动作的间隔时间内所述下料机械臂移动距离为相邻两个花篮中心距的整数倍。
本申请中硅片下料传输系统的工作方法与硅片上料传输系统工作方法相对应，硅片取放的起点和终点与后者相反，具体例子不再赘述，可参照图5-图8的反向过程。
本发明通过设置多个花篮并使相邻两花篮的中心距为托盘相邻两个凹槽中心距的整数倍的方法使硅片从花篮直接上料至托盘，或者从托盘直接下料至花篮，去除了现有技术中对皮带传输的依赖，从而能够克服由皮带传输引起的诸如：无法同时保证较好的电池效率与产能、损伤硅片绒面，定位失衡等一系列不足，在产业上能够实现同时提高设备产能和提高电池效率的目的，经济效益明显。在硅片上料传输系统中，采用在花篮内对硅片直接定位的方法，可以避免现有技术中支撑柱对绒面的破坏，提高电池转换效率。本发明可以使硅片上下料速度明显加大，既能够适应多腔叠层并行设计的真空设备，也能够适应短工艺时间的薄膜/晶硅异质结太阳能电池的制造，克服现有技术中硅片上下料速度与工艺时间和工业产能不匹配的技术难题。另外，根据工业生产和工艺条件的不同要求可以对花篮的个数、布局和上下料传输速度进行灵活的设置，兼顾厂房场地条件、设备成本、设备产能等多方面因素的影响。
应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。