專利名稱：太陽能硅片燒結(jié)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽能硅片的燒結(jié)爐，尤其涉及一種提高硅片能量轉(zhuǎn)換效率的太陽能硅片燒結(jié)爐。
背景技術(shù)：
太陽能電池是一種利用光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能的發(fā)電裝置，利用太陽能電池發(fā)出的電能，可提供給各種用電設(shè)備使用，因此很多電子設(shè)備上都采用太陽能電池，例如電子計(jì)算器、衛(wèi)星、電站等。近年來，由于太陽能電池的發(fā)電效率的提高，人們開始在房屋等建筑物上安裝太陽能電池，利用太陽能電池發(fā)出的電能提供部分甚至全部用電電能。和煤、石油、水能、核能能源相比，太陽能的潔凈、對(duì)環(huán)境影響小和取之不盡等顯著優(yōu)點(diǎn)，使太陽能電池產(chǎn)業(yè)在短時(shí)間內(nèi)得到迅速發(fā)展，成為生機(jī)勃勃的朝陽產(chǎn)業(yè)。
太陽能電池主要由硅片構(gòu)成，在高純度的硅片上形成半導(dǎo)體P-N結(jié)，當(dāng)這些P-N結(jié)受到光照時(shí)，會(huì)形成從P極流向N極的電流，將許多P-N結(jié)利用金屬互連形成P-N結(jié)陣列，并與電極連接，收集這些電流并儲(chǔ)存，就成為可用的電能。
太陽能電池的加工工藝主要包括以下流程1.清洗對(duì)原始高純度硅片進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)處理；2.烘干去除材料表面粘附的水分子，保證硅片表面干燥；3.擴(kuò)散在硅片上制造P-N結(jié)；4.刻蝕去邊，避免形成回路而無電流輸出；5.噴涂制造減反射膜，減少光的反射；6.印刷制成電極，便于收集電流；7.燒結(jié)使電極和硅片形成良好的歐姆接觸，便于電流輸出。
其中的步驟7的燒結(jié)流程是使硅片經(jīng)歷一系列溫度變化，這些溫度隨時(shí)間的變化大致符合一條RTC溫度曲線。燒結(jié)的主要目的是使硅片和電極形成良好的歐姆接觸，利于電池電流的輸出，如果硅片與電極之間的歐姆接觸不良，則可導(dǎo)致部分電流無法輸出，從而降低了電池片的能量轉(zhuǎn)換效率(即電池片將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的效率)。
在實(shí)際燒結(jié)工藝中，一般利用多個(gè)溫區(qū)模擬上述的溫度變化曲線，例如現(xiàn)有的一種燒結(jié)爐，由十二個(gè)溫區(qū)構(gòu)成，每個(gè)溫區(qū)內(nèi)設(shè)有加熱管，利用固體繼電器控制加熱管的通斷，以保持溫區(qū)內(nèi)的溫度大致穩(wěn)定，具體做法是在初期固體繼電器控制加熱管持續(xù)加熱，采用設(shè)在每個(gè)溫區(qū)內(nèi)的熱電偶檢測(cè)溫度，并輸入至固體繼電器，當(dāng)溫區(qū)內(nèi)溫度到達(dá)固體繼電器的設(shè)定溫度時(shí)，固體繼電器就采用脈沖控制加熱管斷斷續(xù)續(xù)加熱，使溫度大致穩(wěn)定在設(shè)定溫度。該燒結(jié)爐設(shè)有一條網(wǎng)帶輸送硅片依次穿過十二個(gè)溫區(qū)，網(wǎng)帶采用調(diào)功器調(diào)節(jié)速度。在燒結(jié)時(shí)，從燒結(jié)爐左右兩側(cè)通入氮?dú)?，形成氮?dú)鈿夥?，保護(hù)硅片。然而這種燒結(jié)爐存在如下的缺陷1、由于采用固體繼電器控制加熱，控溫精度不高，保溫性不太好，造成爐內(nèi)溫度穩(wěn)定性和均勻性較差；再加上由調(diào)功器控制的網(wǎng)帶帶速不穩(wěn)定，導(dǎo)致低效片率(能量轉(zhuǎn)換效率低的電池片所占的比率)高，硅片的平均能量轉(zhuǎn)換效率小于14％；2、設(shè)備共有十二個(gè)溫區(qū)，溫區(qū)太多，能耗大，耗電量為180kw/h；另外爐體太長(zhǎng)，造成產(chǎn)量較低，產(chǎn)能僅為375pcs/h；3、氮?dú)鈴臓t體左右兩側(cè)進(jìn)入，導(dǎo)致氮?dú)夥植疾痪鶆颍瑺t體中段氮?dú)獾拿芏缺葍蓚?cè)的低。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種太陽能硅片燒結(jié)爐，該硅片燒結(jié)爐具備高精度的溫度和網(wǎng)帶速度控制，從而提高硅片能量轉(zhuǎn)換效率。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種太陽能硅片燒結(jié)爐，包括爐膛、多個(gè)溫區(qū)、對(duì)應(yīng)每個(gè)溫區(qū)的溫控系統(tǒng)、以及網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置和氮?dú)廨斔脱b置，所述多個(gè)溫區(qū)設(shè)于爐膛內(nèi)，每個(gè)溫區(qū)內(nèi)設(shè)有加熱管與對(duì)應(yīng)該溫區(qū)的溫控系統(tǒng)相連，所述網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置包括網(wǎng)帶及其驅(qū)動(dòng)裝置，該網(wǎng)帶水平穿過爐膛內(nèi)的各溫區(qū)，其特點(diǎn)是所述溫控系統(tǒng)是一閉環(huán)溫控系統(tǒng)，包括溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)器，該溫度傳感器設(shè)于對(duì)應(yīng)溫區(qū)內(nèi)，該溫度調(diào)節(jié)器輸入端與該溫度傳感器連接，輸出端與所述加熱管連接；所述氮?dú)廨斔脱b置包括氮?dú)廨敵龉芎偷獨(dú)赓A存容器，該氮?dú)廨敵龉芘c氮?dú)赓A存容器相通，并分別伸入每個(gè)溫區(qū)內(nèi)。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，所述爐膛內(nèi)設(shè)有9個(gè)溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)由隔板隔開，各隔板上設(shè)有使所述網(wǎng)帶穿過的縫隙。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)及電機(jī)調(diào)速器，該電機(jī)調(diào)速器由變頻器構(gòu)成。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，所述溫度調(diào)節(jié)器包括依序連接的比例積分微分(Proportional-Integral-Derivative，PID)調(diào)節(jié)單元、溫度控制單元和調(diào)壓?jiǎn)卧?，所述PID調(diào)節(jié)單元與所述溫度傳感器連接，所述調(diào)壓?jiǎn)卧B接至加熱管。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，所述溫度調(diào)節(jié)器由PID溫度調(diào)節(jié)儀構(gòu)成。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，所述加熱管由石英加熱管構(gòu)成。
所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其中，每個(gè)所述氮?dú)廨敵龉苌显O(shè)有流量計(jì)。
本實(shí)用新型太陽能硅片的燒結(jié)爐和現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本設(shè)備設(shè)有9個(gè)控溫點(diǎn)，每一個(gè)控溫點(diǎn)均可視為一臺(tái)電爐，他們各自均具有獨(dú)立的調(diào)壓、加熱、測(cè)/控溫單元，共同組成了具有完善的PID調(diào)節(jié)功能的閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有較高的控溫精度；2、溫區(qū)由12個(gè)降為9個(gè)，能耗下降為118kw/h，下降了35％；3、溫度控制采用日本山武(YAMATAKE)公司的SDC-15系列溫控儀表，可自動(dòng)跟蹤設(shè)定最佳PID數(shù)值，可任意設(shè)定測(cè)量分度密碼及報(bào)警值，同時(shí)具備補(bǔ)償功能，可使?fàn)t膛溫度與顯示溫度一致，并且具有功率限幅功能；4、采用網(wǎng)帶式連續(xù)傳動(dòng)，由變頻器調(diào)節(jié)傳送速度，可在1000mm/min～6000mm/min范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，保證帶速穩(wěn)定，使產(chǎn)能增至500pcs/h；5、由于設(shè)備加熱和降溫過程快，控溫精度高，保溫性能好，使?fàn)t內(nèi)溫度準(zhǔn)確、穩(wěn)定和均勻；再加上帶速平穩(wěn)，從而大大降低了低效片率，將平均轉(zhuǎn)換效率增至15.5％以上；6、氣氛控制氮?dú)夥謩e從爐體的九個(gè)溫控點(diǎn)上下進(jìn)入爐膛，每路設(shè)有一個(gè)流量計(jì)，可分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)氮?dú)饩鶆蚍€(wěn)定控制。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中


圖1是本實(shí)用新型太陽能硅片燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本實(shí)用新型太陽能硅片燒結(jié)爐的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，本實(shí)用新型的太陽能硅片燒結(jié)爐包括爐膛1、設(shè)于爐膛1內(nèi)的9個(gè)溫區(qū)10、以及由網(wǎng)帶12、電機(jī)13組成網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置和由氮?dú)廨斔凸?4和氮?dú)赓A存容器15構(gòu)成的氮?dú)廨斔脱b置。
9個(gè)溫區(qū)10自前向后分為干燥區(qū)10a、燒結(jié)區(qū)10b，其中干燥區(qū)10a由3個(gè)溫區(qū)組成，燒結(jié)區(qū)10b由6個(gè)溫區(qū)組成，各溫區(qū)10之間以隔板隔開，且每個(gè)隔板上留有使網(wǎng)帶12穿過的縫隙。每個(gè)溫區(qū)內(nèi)設(shè)有一組石英加熱管101，其特點(diǎn)是加熱和降溫快，能夠滿足精確的溫度控制，各溫區(qū)內(nèi)石英加熱管101可根據(jù)溫度控制RTC曲線需要采取稀疏或者致密布置。
每組石英加熱管101由各自的溫控系統(tǒng)精確控制溫度，該溫控系統(tǒng)是由溫度傳感器102和溫度調(diào)節(jié)器103組成的閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，其中溫度傳感器102設(shè)于每個(gè)溫區(qū)內(nèi)，其輸出端連接溫度調(diào)節(jié)器103的輸入端，以對(duì)其輸入所檢測(cè)的溫度，溫度調(diào)節(jié)器103輸出端則連接對(duì)應(yīng)的加熱管101，形成閉環(huán)加熱控制。
如圖2所示，該溫度調(diào)節(jié)器103進(jìn)一步包括依序連接的PID調(diào)節(jié)單元104、溫度控制單元105和調(diào)壓?jiǎn)卧?06，該P(yáng)ID調(diào)節(jié)單元與溫度傳感器102連接，調(diào)壓?jiǎn)卧?06連接至對(duì)應(yīng)溫區(qū)的加熱管101。這樣，由溫度傳感器102檢測(cè)的溫度輸入給PID調(diào)節(jié)單元104，由PID調(diào)節(jié)單元104計(jì)算調(diào)節(jié)量，輸入給溫度控制單元105，由其根據(jù)溫度要求控制調(diào)壓?jiǎn)卧?06的升壓或降壓，最終控制加熱管101的加熱。由于PID(比例積分微分)算法的精確度較高，利用該溫度調(diào)節(jié)器103，可達(dá)到精確的溫度控制。
在本實(shí)施例中，溫度調(diào)節(jié)器103既可采用幾個(gè)器件構(gòu)成，也可采用現(xiàn)成的PID溫度調(diào)節(jié)儀，例如日本山武(YAMATAKE)公司的SDC-15系列溫控儀表，這種儀表可自動(dòng)跟蹤設(shè)定最佳PID數(shù)值，可任意設(shè)定測(cè)量分度密碼及報(bào)警值，同時(shí)具備補(bǔ)償功能，可使?fàn)t膛溫度與顯示溫度一致，并且具有功率限幅功能，使本實(shí)用新型的溫控效果更佳。
在上述網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置中，網(wǎng)帶12水平穿過爐膛1內(nèi)的各溫區(qū)10，該網(wǎng)帶12與電機(jī)13傳動(dòng)相連，電機(jī)13由電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速，在本實(shí)施例中，采用變頻器調(diào)速，可在1000mm/min～6000mm/min范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，保證網(wǎng)帶12的帶速穩(wěn)定。
上述氮?dú)廨斔脱b置，包括氮?dú)廨敵龉?4和氮?dú)赓A存容器15，氮?dú)廨敵龉?4與氮?dú)赓A存容器15相連通，并伸入每個(gè)溫區(qū)10內(nèi)，容器15內(nèi)的氮?dú)饨?jīng)過氮?dú)廨敵龉?4垂直排出，在每個(gè)溫區(qū)10內(nèi)形成氮?dú)夥諊?，并?jīng)排氣管16排出爐膛10。由于氮?dú)庠诿總€(gè)溫區(qū)10內(nèi)排出，解決了氮?dú)饷芏炔痪鶆虻膯栴}；同時(shí)每個(gè)氮?dú)廨敵龉?4上均設(shè)有流量計(jì)，可分別調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)氮?dú)饩鶆蚍€(wěn)定控制。
由于各溫區(qū)溫度的均勻控制，使本實(shí)用新型的燒結(jié)爐溫度曲線更接近理論RTC溫度曲線，加上網(wǎng)帶的帶速穩(wěn)定，使硅片燒結(jié)后的能量轉(zhuǎn)換效率提高到15.5％以上，同時(shí)由于溫區(qū)由12個(gè)下降到9個(gè)，使能耗由180kw/h降至118kw/h，下降了35％，并使產(chǎn)能由375pcs/h提高到500pcs/h，提高了30％以上。
權(quán)利要求1.一種太陽能硅片燒結(jié)爐，包括爐膛、多個(gè)溫區(qū)、對(duì)應(yīng)每個(gè)溫區(qū)的溫控系統(tǒng)、以及網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置和氮?dú)廨斔脱b置，所述多個(gè)溫區(qū)設(shè)于爐膛內(nèi)，每個(gè)溫區(qū)內(nèi)設(shè)有加熱管與對(duì)應(yīng)該溫區(qū)的溫控系統(tǒng)相連，所述網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置包括網(wǎng)帶及其驅(qū)動(dòng)裝置，該網(wǎng)帶水平穿過爐膛內(nèi)的各溫區(qū)，其特征在于，所述溫控系統(tǒng)是一閉環(huán)溫控系統(tǒng)，包括溫度傳感器和溫度調(diào)節(jié)器，該溫度傳感器設(shè)于對(duì)應(yīng)溫區(qū)內(nèi)，該溫度調(diào)節(jié)器輸入端與該溫度傳感器連接，輸出端與所述加熱管連接；所述氮?dú)廨斔脱b置包括氮?dú)廨敵龉芎偷獨(dú)赓A存容器，該氮?dú)廨敵龉芘c氮?dú)赓A存容器相通，并分別伸入每個(gè)溫區(qū)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，所述爐膛內(nèi)設(shè)有9個(gè)溫區(qū)，每個(gè)溫區(qū)由隔板隔開，各隔板上設(shè)有使所述網(wǎng)帶穿過的縫隙。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)及電機(jī)調(diào)速器，該電機(jī)調(diào)速器由變頻器構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)器包括依序連接的比例積分微分調(diào)節(jié)單元、溫度控制單元和調(diào)壓?jiǎn)卧霰壤e分微分調(diào)節(jié)單元與所述溫度傳感器連接，所述調(diào)壓?jiǎn)卧B接至所述加熱管。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，所述溫度調(diào)節(jié)器由比例積分微分溫度調(diào)節(jié)儀構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，所述加熱管由石英加熱管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能硅片燒結(jié)爐，其特征在于，每個(gè)所述氮?dú)廨敵龉苌显O(shè)有流量計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種太陽能硅片燒結(jié)爐，包括爐膛(1)、多個(gè)溫區(qū)(10)、對(duì)應(yīng)每個(gè)溫區(qū)的溫控系統(tǒng)、以及網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置和氮?dú)廨斔脱b置，多個(gè)溫區(qū)設(shè)于爐膛內(nèi)，每個(gè)溫區(qū)內(nèi)設(shè)有加熱管(101)與對(duì)應(yīng)該溫區(qū)的溫控系統(tǒng)相連，網(wǎng)帶傳動(dòng)裝置包括網(wǎng)帶(12)及其驅(qū)動(dòng)裝置(13)，該網(wǎng)帶水平穿過爐膛內(nèi)的各溫區(qū)；溫控系統(tǒng)是一閉環(huán)溫控系統(tǒng)，包括溫度傳感器(102)和溫度調(diào)節(jié)器(103)，該溫度傳感器設(shè)于對(duì)應(yīng)溫區(qū)內(nèi)，該溫度調(diào)節(jié)器輸入端與該溫度傳感器連接，輸出端與加熱管連接；氮?dú)廨斔脱b置包括氮?dú)廨敵龉?14)和氮?dú)赓A存容器(15)，氮?dú)廨敵龉芊謩e伸入每個(gè)溫區(qū)內(nèi)。本實(shí)用新型的燒結(jié)爐可使?fàn)t內(nèi)溫度穩(wěn)定均勻，網(wǎng)帶速度平穩(wěn)，既減少溫區(qū)，又將太陽能硅片的平均轉(zhuǎn)換效率增至15.5％以上。
文檔編號(hào)F27B9/00GK2906505SQ20062004206
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者李文男, 孫鐵囤, 徐家郁 申請(qǐng)人:展豐能源技術(shù)(上海)有限公司