一种用于金刚线多晶硅片的喷砂装置的制作方法

本实用新型涉及太阳能电池片技术领域，具体涉及一种用于金刚线多晶硅片的喷砂装置。

背景技术：

以下对本实用新型的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本实用新型的现有技术。

随着我国太阳能产业的快速发展，太阳能电池片的需求量在不断的扩大，如何加工出低成本、高效率的核心原料—硅片成为行业亟待解决的的课题，目前国内太阳能硅片加工方法有以下几种：

砂浆线切割单晶硅技术：单晶硅制造成本高、砂浆线切割技术效率低、碎片率高；

砂浆线切割多晶硅技术：多晶硅制造成本低、砂浆线切割技术效率低、碎片率高；

金刚线切割多晶硅技术：单晶硅制造成本高、金刚线切割技术效率高、碎片率低；

黑硅技术：设备成本高、环境污染严重。

但是现有的硅片加工技术都存在着成本高、加工效率低、碎片率高、环境污染严重等问题；虽然金刚线切割技术所带来的高效加工率和低碎片率得到了广泛认可，但是低成本的金刚线切割多晶硅片表面过于光滑，并不能用于太阳能电池片的制作，这对金刚线多晶硅技术的应用和推广设置了不可逾越的鸿沟。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于金刚线多晶硅片的喷砂装置，使处理之后的硅片能够直接进行太阳能电池片的制作，并且性能得到很大提升，扩大了金刚线多晶硅技术的应用范围。

根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的喷砂装置，包括：支架系统、定位系统、传动系统、喷砂系统和砂浆系统；其中：

定位系统设置在传动系统上，包括至少一个真空载台、至少一个真空源和至少一个真空管；真空的上端面设置有通孔，真空载台的上端面用于承载金刚线多晶硅片；真空载台通过真空管可拆卸地与真空源连通；

传动系统设置在支架系统上，用于驱动真空载台进出支架系统；

喷砂系统设置在支架系统内、并与砂浆系统连接，用于将砂浆系统中的磨液喷涂到金刚线多晶硅片的表面。

优选地，传动系统包括：传动轨道、驱动单元和传动链；其中，

传动轨道可拆卸地设置在支架系统上，用于承载真空载台、并限定真空载台进出支架系统的轨迹；

传动链与驱动单元连接，其行进方向与传动轨道平行，传动链上设置有限位齿；传动链运动过程中限位齿驱动载台沿着传动轨道的方向进出支架系统。

优选地，传动轨道上均匀间隔地设置有垂直于所述传动轨道的滚动体。

优选地，传动系统进一步包括：推送单元和传感器；

推送单元设置在传动轨道上，用于承载待处理的真空载台；

传感器设置在传动轨道的进入端；

当传感器检测到限位齿时，推送单元将待处理的真空载台推送到传动轨道的进入端，利用该限位齿驱动真空载台沿着传动轨道的方向进出支架系统。

优选地，喷砂系统的喷枪能够沿着垂直于真空载台运动的方向往复运动。

优选地，真空载台的上端面的通孔的数量为一个、两个或更多个；当真空载台的上端面设置有至少两个通孔时，所述至少两个通孔均匀分布。

优选地，通孔的横截面为由弧线和/或线段组成的封闭图形。

优选地，每个真空载台包括至少两个承载区，每个承载区承载一个金刚线多晶硅片；和/或与每个真空源对应的载台的数量至少为一个。

优选地，喷砂装置的靶距满足如下关系：

$S=\mathrm{\π}{\[R+{(1-\mathrm{\μ}L)}^{2}tan\frac{\mathrm{\β}}{2}\]}^2{V}_{S}t$

式中，S为加工面积，单位为mm²；R为喷枪出液口的半径，单位为mm；μ为靶距变换系数，单位为1/mm，μ的取值为0-50/mm；L为靶距，单位为mm；β为喷枪出液口散射角度，单位为rad；V_s为横向基础加工速率，单位为mm²/s；t为加工时间，单位为s。

根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的喷砂装置，包括：支架系统、定位系统、传动系统、喷砂系统和砂浆系统，传动系统将待处理的金刚线多晶硅片传送至喷砂系统，喷砂系统将砂浆系统中的磨液喷涂到硅片表面，完成喷砂处理。通过对金刚线多晶硅片表面进行喷砂处理，能够改变金刚线多晶硅片的表面微观形貌，经过表面处理后的金刚线多晶硅片能够直接进行电池片的制作。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1为根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的喷砂装置的示意图；

图2为根据本实用新型的定位系统的示意图；

图3位根据本实用新型的传动系统的示意图。

附图标记说明：1支架系统、2定位系统、21真空载台、22通孔、23硅片限位块、24固定横条、3传动系统、31传动轨道、32驱动单元、33传动链、34限位齿、35推送单元、36传感器、4喷砂系统、41喷枪、5砂浆系统。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本实用新型及其应用或用法的限制。

金刚线切割多晶硅片表面过于光滑，为了解决金刚线切割多晶硅片表面过于光滑的问题，本实用新型对金刚线多晶硅片的表面进行喷砂处理。通过喷砂处理提高金刚线多晶硅片表面的粗糙度，使其能够直接用于制作电池片。

参见图1，根据本实用新型的用于金刚线多晶硅片的喷砂装置，包括：支架系统1、定位系统2、传动系统3、喷砂系统4和砂浆系统5。

定位系统2设置在传动系统3上，用于承载金刚线多晶硅片。用于制作太阳能电池片的金刚线多晶硅片非常薄，脆性强、易碎，因此现有技术的固定方式不适于固定金刚线多晶硅片。本实用新型实施例中，采用真空载台固定金刚线多晶硅片，具体地，定位系统2包括至少一个真空载台21、至少一个真空源(图中未示出)和至少一个真空管(图中未示出)。真空载台21的上端面用于承载金刚线多晶硅片。真空载台21通过真空管(图中未示出)可拆卸地与真空源(图中未示出)连通。在对金刚线多晶硅片进行喷砂处理时，真空载台21与真空源连通，真空载台21内呈真空状态；喷砂处理结束后，真空载台21与真空源之间不连通，真空载台21内恢复至常压状态时将载台21上端面的金刚线多晶硅片取下。采用真空载台不仅能够固定金刚线多晶硅片，还能防止喷砂过程中不可控因素对金刚线多晶硅片的破坏，降低金刚线多晶硅片的破碎率。

本实用新型实施例中，真空载台21的上端面设置有通孔22，当真空载台21与真空源连通时，设置在真空载台21上端面的金刚线多晶硅片通过通孔22吸附在真空载台上。

喷砂处理结束时，将喷砂过程中外泄的磨液回收至砂浆系统，例如，喷砂结束后将回收容器(图中未示出)中的外泄磨液倒出。当然，为了自动化收集磨液，也可以在回收容器上设置回收孔(图中未示出)，当喷砂处理结束时，通过回收孔回收回收容器内的磨液。当外泄磨液较多时，若回收容器的容积较小，回收容器无法完全收集外泄的磨液，造成磨液浪费，提高喷砂装置的喷砂成本。基于此，可以通过回流管(图中未示出)将回收容器与砂浆系统连通。喷砂处理过程中，外泄的磨液进入回收容器，然后通过回流管自动回流至砂浆系统5中。采用回流管实时回流回收容器内的磨液，能够防止由于回收容器载台容积过小导致的外泄磨液收集不完全，避免磨液浪费和喷砂装置污染避免磨液浪费，降低喷砂成本。

喷砂处理过程中载台21内呈真空状态，真空载台21内的气体压力与真空载台21外的气体压力不同，通孔22处金刚线多晶硅片的受力情况与非通孔处金刚线多晶硅片的受力情况不同，因此喷砂处理过程中金刚线多晶硅片的受力情况不均匀。与非通孔处相比，通孔22处的金刚线多晶硅片容易沿着通孔22向真空载台21内部弯曲。若金刚线多晶硅片的不平整度较大，不仅影响其制作太阳能电池片的性能，还容易由于弯曲变形导致破碎，使喷砂处理的废品率升高。为了尽量避免由于受力不均匀导致的性能降低和次品率升高，应尽量降低通孔22的内径。此外，当真空载台的上端面设置至少两个通孔时，可以使该至少两个通孔均匀对称分布，以使金刚线多晶硅片的受力均匀。当真空载台上端面通孔的数量较多时，通孔22可以按照圆形、方形或其他形状从真空载台21上端面的中心向外辐射，本实用新型对真空载台21上端面通孔22的分布方式不作具体限定，任何能够实现通孔22目的的通孔数量和分布方式均应视为本实用新型的保护范围。通孔22的横截面形状可以根据喷砂要求和设计需要进行设计，例如将通孔22的横截面设计成由弧线和/或线段组成的封闭图形。

若真空载台21上端面所有通孔22的横截面积之和过小，则真空载台21对金刚线多晶硅片的吸附力过小，使得金刚线多晶硅片不稳定；若真空载台21上端面所有通孔22的横截面积之和过大，会降低真空载台21内的抽真空速度，增加喷砂装置的启动时间，从而降低喷砂装置的产能。因此，可以采用较小的通孔孔径和较多的通孔。真空载台21上端面通孔22的数量可以根据喷砂要求和设计需要进行确定，例如真空载台上端面通孔22的数量可以为一个、两个或更多个。

为了提高喷砂装置的产能，每个真空载台21上可以承载多个金刚线多晶硅片，例如每个真空载台包括至少一个承载区，每个承载区承载一个金刚线多晶硅片。

在其他条件相同的条件下，真空载台21的容积越大，达到相同真空度的时间越长。为了尽量减小抽真空的时间和喷砂装置的启动时间，以提高喷砂装置的产生，可以根据真空源的抽真空水平气体流量和喷砂过程对喷砂装置启动时间的要求确定与每个真空源对应的真空载台21的数量。当真空载台21的容积较大时，与每个真空源对应的真空载台21的数量可以为一个；当真空载台21的容积较小时，与每个真空源对应的真空载台21的数量可以为两个或多个。真空载台的数量以及真空源的气体流量由设备的产能确定。如图2所示，真空源对应三个真空载台21。可以在真空载台21上设置固定横条24。通过固定横条24将与同一个真空源对应的多个真空载台21连接固定，能够避免由于真空载台之间有相对位移而导致的喷砂效果不一致的情况。

金刚线多晶硅片在真空载台21的上端面固定不动，真空载台21沿着固定的轨道进出支架系统1，喷砂系统4按照设定的移动路径进行喷砂，以保证金刚线多晶硅片上表面喷砂均匀。为了提高将金刚线多晶硅片安装到真空载台21上端面的装片速度，可以在载台21上表面设置硅片限位块23，参见图2。通过限位块23限制金刚线多晶硅片在真空载台21上端面的一个侧边或多个侧边的位置，便于快速定位金刚线多晶硅片。

传动系统3设置在支架系统1上，用于驱动真空载台21进出支架系统1，如3所示。优选地，传动系统3包括：传动轨道31、驱动单元32和传动链33。传动轨道31可拆卸地设置在支架系统1上，用于承载真空载台21、并限定载台21进出支架系统1的轨迹；传动链33与驱动单元32连接，其行进方向与传动轨道31平行，传动链33上设置有限位齿34；传动链33运动过程中限位齿34驱动真空载台21沿着传动轨道31的方向进出支架系统1。真空载台21从传动轨道31的进端进入支架系统1，经过喷砂系统4喷砂处理后移动至传动轨道的出端，从真空载台21上取下金刚线多晶硅片或者将真空载台21从传动轨道31上取下。若仅采用传动轨道31，不仅需要额外的传动部件沿着传动轨道31驱动载台21移动，当从真空载台21上取下金刚线多晶硅片或者将真空载台21从传动轨道31上取下之后，该传动部件还需要沿着相反的方向恢复至初始位置，使得喷砂装置的产生降低。若仅采用传动链33，传动链33会在重力作用下弯曲，一方面不便于准确控制真空载台21上端面的金刚线多晶硅片与喷砂系统4之间的靶距，另一方面，当喷砂系统4对固定在载台21上端面的金刚线多晶硅片进行喷砂时，喷砂的冲击会进一步增加载台21上端面的金刚线多晶硅片与喷砂系统4之间的靶距，影响喷砂效果。本实用新型实施例的传动系统3同时采用传动轨道31和传动链33，不仅能够驱动真空载台21沿着固定的轨道进出支架系统1，还能够准确控制真空载台21上端面的金刚线多晶硅片与喷砂系统4之间的靶距，提高喷砂处理效果。

根据本实用新型的优选实施例，喷砂装置的加工深度满足如下关系：

$H=\frac{{\mathrm{\ρ\α}}^{P/P_0}{(1-KL)}^2{V}_{h}t}{N}$

式中，H为金刚线多晶硅片的加工深度，单位为um；N为与SiC砂目数有关的系数，N的取值为0.1-100；ρ为与磨液浓度有关的系数,ρ的取值为1-3.22；α为压力系数，α的取值为0.1-100；P为喷枪压力，单位为MPa；P₀为喷枪最小加工压力，单位为Mpa；K为靶距变换系数，单位为1/mm，K取0-50；L为靶距，单位为mm；V_h为深度方向基础加工速率，单位为um/s；t为加工时间，单位为s。

根据本实用新型的优选实施例，喷枪系统的靶距满足如下关系：

$S=\mathrm{\π}{\[R+{(1-\mathrm{\μ}L)}^{2}tan\frac{\mathrm{\β}}{2}\]}^2{V}_{S}t$

式中，S为加工面积，单位为mm²；R为喷枪出液口的半径，单位为mm；μ为靶距变换系数，单位为1/mm，μ的取值为0-50/mm；L为靶距，单位为mm；β为喷枪出液口散射角度，单位为rad；V_s为横向基础加工速率，单位为mm²/s；t为加工时间，单位为s。

真空载台21沿着传动轨道31运动的过程中受到来自传动轨道31的摩擦力，真空载台21对传动轨道31的压力越大，其所受到的摩擦力越大。当真空载台21运动至喷砂系统中时，喷砂的冲击作用会增加真空载台21对传动轨道31的压力和真空载台21受到的摩擦力，使得真空载台21的移动速度降低，从而延长了真空载台21上端面的金刚线多晶硅片的喷砂处理时间，使得金刚线多晶硅片表面的加工深度变大，容易造成不合格品，甚至碎片。此外，过大的摩擦力还会加速真空载台21和传动轨道31的磨损，降低其使用寿命。为了尽量降低真空载台21与传动轨道31之间的摩擦力，传动轨道31上均匀间隔地设置有垂直于传动轨道31的滚动体。

为了自动将载台21驱动至支架系统1，提高喷砂装置的自动化程度和产能，传动系统3可以进一步包括：推送单元35和传感器36。推送单元35设置在传动轨道31上，用于承载待处理的真空载台；传感器36设置在传动轨道31的进入端。传动链33循环运动过程中，传动链33上的限位齿34也不断进出支架系统。当传感器36检测到限位齿34时，推送单元35将待处理的真空载台推送到传动轨道31的进入端，利用该限位齿驱动真空载台沿着传动轨道31的方向进出支架系统1。根据本实施例，当操作人员将承载金刚线多晶硅片的真空载台21放在传动轨道31上时，无需等待限位齿34出现便可将真空载台21置于传动轨道上，不仅提高了操作人员的工作效率，还能尽量防止限位齿34对操作人员的剐蹭，提高作业安全性。操作人员将承载金刚线多晶硅片的真空载台21放在传动轨道31上时，真空载台21相对传动轨道31静止，当传感器36检测到限位齿34时，触发推动单元35将待处理的真空载台推送到传动轨道31的进入端，然后通过限位齿34驱动载台21进出支架系统。优选地，推送单元为气缸。

喷砂系统4设置在支架系1内、并与砂浆系统5连接，用于将砂浆系统5中的磨液喷涂到金刚线多晶硅片的表面。喷砂系统4将砂浆喷射在金刚线多晶硅片表面形成砂斑。本实用新型优选实施例中，喷砂系统4的喷枪41能够沿着垂直于真空载台运动的方向往复运动，在喷砂过程中，喷枪41沿着垂直于真空载台运动方向的往复运动能够提高金刚线多晶硅片表面的喷砂均匀性。

真空载台21上端面的金刚线多晶硅片与喷砂系统4之间的靶距对喷砂效果具有影响。为了便于调节真空载台21上端面的金刚线多晶硅片与喷砂系统4之间的靶距，在本实用新型的一些实施例中，喷砂系统4的喷枪41能够沿着垂直于真空载台上端面的方向往复运动。

砂浆喷射到金刚线多晶硅片表面，在金刚线多晶硅片表面形成砂坑。喷砂方向不同，所得金刚线多晶硅片表面的微观结构也不同。对于采用金刚线多晶硅片制得的太阳能电池片，金刚线多晶硅片表面的微观形态越复杂，太阳光在太阳能电池片表面停留的时间越长，太阳能电池片的光电转换效率越高。为了尽量提高太阳能电池的效率，可以使太阳能电池片表面砂坑的结构尽量复杂，例如，使使太阳能电池片表面的砂坑呈倒三角结构。为此，在本实用新型的一些实施例中，喷砂系统4的喷枪41能够旋转，从而改变喷砂角度。

虽然参照示例性实施方式对本实用新型进行了描述，但是应当理解，本实用新型并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。