時(shí)間:2021-11-26 16:15:33來源:貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(中國)有限公司
PECVD 設(shè)備追求品質(zhì)的穩(wěn)定
在光伏的生產(chǎn)各個(gè)工序中,PECVD設(shè)備是一個(gè)關(guān)鍵部分,無論對(duì)于早期的鋁背場(chǎng)晶硅技術(shù),還是PERC工藝, PECVD都是關(guān)鍵環(huán)節(jié),作為一個(gè)重資產(chǎn)、長期可用的設(shè)備, 其對(duì)晶片的涂層品質(zhì)的影響很大,對(duì)于后續(xù)光伏晶片發(fā)電的效率及壽命也至關(guān)重要。
圖1是典型的晶硅電池生產(chǎn)過程,經(jīng)過切片、清洗制絨、擴(kuò)散工藝后,硅片已經(jīng)具有光電轉(zhuǎn)換能力,但是,光在硅片表面的反射使得光損約1/3,即使經(jīng)過表面制絨仍然損失11%左右,為了進(jìn)一步減反射,需要利用光的干涉原理,在其表面制作一層減反射膜,以獲得電流輸出的能力增強(qiáng)。對(duì)于PECVD而言,提供高品質(zhì)可靠性,以及參數(shù)控制的精準(zhǔn)與同步性能,可以降低不良品率,降低單片成本。
圖 1 晶硅電池生產(chǎn)主要流程
圖 2 PECVD 工藝降低了光反射率(參考)
如果在晶硅電池片表面增加一個(gè)氮化硅(SiN)涂層, 其可以降低表面反射率,進(jìn)而提升光的發(fā)電效率。圖2可以看到,通過減反射工序,光的反射率大幅下降。
PECVD 基本原理
常見的物質(zhì)形態(tài)為液體、氣體、固體,當(dāng)然,還有“等離子”這個(gè)狀態(tài),相對(duì)于普通氣體中性分子或原子組成的特點(diǎn),等離子體是帶電粒子和中性粒子的幾何體。等離子體是一種導(dǎo)電流體,但是又能與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持中性,這種特性使得它可以被電磁場(chǎng)控制。PECVD就是利用這種等離子體特性,通過電離產(chǎn)生的等離子體附著在晶片表現(xiàn)形成薄膜層,管式PECVD占地小,且成品效率高,因此較為廣泛的應(yīng)用。
圖3是一個(gè)管式PECVD設(shè)備的結(jié)構(gòu),裝載系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)通過定位控制,將放置于石墨舟中的硅片送至爐體中,在擴(kuò)散部分,由等離子電源、氣體輸送系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空泵等一起工作,將SiH和SiN氣體通過RF射頻系統(tǒng)分離為等離子體,并沉積到硅片表面,形成薄膜,這個(gè)反應(yīng)的過程可以形成多種不同的薄膜,其可以針對(duì)不同的光進(jìn)行減反射的作用,反應(yīng)完成后由退舟系統(tǒng)回到裝載系統(tǒng),下料。配置系統(tǒng)如圖4所示。
圖 3 PECVD 設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖
圖4中,貝加萊X20控制器提供了獨(dú)立的槳與舟的送料、控制其氣體流量、壓力,以及電源、溫度加熱系統(tǒng)的控制, 爐體控制為獨(dú)立的,也可以為多個(gè)共用CPU的模式,圖4提供了更為獨(dú)立的單元控制設(shè)計(jì),X20控制器采用了獨(dú)特的納米特層處理,能夠適用于具有氣體污染的工作氛圍。
圖 4 貝加萊 PECVD 控制系統(tǒng)架構(gòu)
溫度控制的均勻性
對(duì)于溫區(qū)控制來說,如何消除相互之間的影響,獲得一致性的溫度,對(duì)于PECVD的晶片沉積質(zhì)量至關(guān)重要,如果溫度過高反應(yīng)劇烈,以及溫度低反應(yīng)較慢的情況下,造成了色差,這對(duì)硅片的最終成品反射性能會(huì)造成較大的影響,因此控制溫度在整個(gè)反應(yīng)腔中的一致性,是溫度控制的核心。
貝加萊的溫度控制具有良好的溫度控制能力,并能夠?qū)崿F(xiàn)在多溫區(qū)控制下的一致性,在需要進(jìn)行溫度曲線的設(shè)定方面,溫控可以同步曲線,達(dá)到非常高的控制精度,并確保無超調(diào),確保溫度的穩(wěn)定性。
因此,一個(gè)好的溫度控制,具有非常好的控制效果,以及穩(wěn)定性,貝加萊的溫度控制達(dá)到了“好用”,即,高魯棒性適應(yīng)變化的工藝環(huán)境,自整定,溫區(qū)解耦等非常好的品質(zhì)控制能力。
圖 5 貝加萊溫度控制可以實(shí)現(xiàn)與設(shè)定曲線的同步
模塊化軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的好用,還體現(xiàn)在軟件的可復(fù)用性設(shè)計(jì),模塊化的mapp技術(shù),除了溫度外,也包括其它一些直接配置,連接的模塊,提供機(jī)器的豐富、易用的功能設(shè)計(jì)。
圖 6 PECVD 用到的 mapp 軟件模塊
mapp可以通過快速配置方式來構(gòu)建機(jī)器的控制系統(tǒng),在PECVD設(shè)備中,很多mapp模塊得到了應(yīng)用:
? mappVIEW—— 提供更為友好的HMI操作,基于Web 技術(shù)的畫風(fēng),顯得直觀大氣,易于理解;
? mappRecipe—— 通過拖拽形成配方管理界面,并可以將配方通過csv/XML形式導(dǎo)出;
? mappTemperature—— 如前所述,提供高精度的溫度同步,溫度斜坡跟隨能力;
? mappUser—— 用戶管理,多級(jí)用戶口令,確保機(jī)器可以被不同的人操作,訪問不同的數(shù)據(jù);
? mappReport—— 它為用戶提供了基于PDF/CSV/txt 格式的數(shù)據(jù)報(bào)表,以便于數(shù)據(jù)分析之用途;
? mappAudit—— 它解決數(shù)據(jù)的可追溯性問題,即,誰在什么時(shí)候?qū)C(jī)器的何種參數(shù),進(jìn)行了什么樣的修改,這個(gè)都會(huì)以不可篡改形式予以保存,并供查詢,在質(zhì)量出現(xiàn)問題的時(shí)候,可以進(jìn)行溯源;
? mappAlamX—— 對(duì)于機(jī)器來說,如門、氣體泄漏等必須提供報(bào)警能力。
mapp完全集成于Automation Studio平臺(tái),并能夠被快速的配置應(yīng)用,快速構(gòu)建機(jī)器的軟件,縮短調(diào)試周期,這是將貝加萊在各個(gè)領(lǐng)域的共性技術(shù)進(jìn)行了封裝,基于嚴(yán)格的“高內(nèi)聚、低耦合”軟件工程思想,提供強(qiáng)大功能同時(shí),達(dá)到快速模塊化配置。
開放連接——不僅為了設(shè)備連接
對(duì)于PECVD設(shè)備來說,其中流量計(jì)、真空泵、恒溫槽等,需要RS232/RS485、Modbus/TCP的接口,除了每個(gè)CPU標(biāo)配的RS232/TCP接口外,也可以通過X20的通信模塊進(jìn)行擴(kuò)展。
除了為機(jī)器提供過程控制的調(diào)節(jié)能力,來自貝加萊的系統(tǒng)還可以提供工廠連接的便利能力:
? OPC UA支持設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問,新的OPC UA Pub/Sub 更能提高數(shù)據(jù)分發(fā)效率;
? Web Server,提供了遠(yuǎn)程的訪問能力,通過遠(yuǎn)程桌面系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的數(shù)據(jù)訪問;
? FTP Server,遠(yuǎn)程程序修改能力。
設(shè)備最終是要到終端用戶端運(yùn)行的,開放的數(shù)據(jù)連接能力,提供了生產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、參數(shù)尋優(yōu)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),通過OPC UA,可以為工廠建立從設(shè)備-設(shè)備,設(shè)備到管理系統(tǒng), 乃至云端的連接能力,為數(shù)字化應(yīng)用提供支撐。
“好用”,是系統(tǒng)的能力,貝加萊,通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新,一直致力于讓機(jī)器更為智能、更為便利與高效。
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