擴散爐故障排查

 以上為探究DF4-1爐管方阻異常的原因,進行溫度、排風、更改擴散程序、流量的4方面排查分析,確定了是由于流量計異常出現小氮流量異常,而最終導致的方阻異常,通過跟換流量計使生產過程恢復正常。
摩爾光伏     2017-3-22 9:54:04


摘要:在光伏電池片的生產過程中,擴散爐體的相關元器件經過頻繁多次的使用致設備老化,常常會出現故障,使擴散后,硅片方塊電阻異常波動,致生產線的擴散環節出現很多異常問題,導致PN結質量下降。文中對擴散爐體零器件老化、損壞而導致的方阻異常進行分析,并尋找相應的解決措施,不斷提高PN結制造工藝的穩定性。

0引言

  本文的討論對象DF4爐,為傳統北京七星擴散爐,共4根爐管。分別為DF4-1、DF4-2、DF4-3、DF4-4。生產過程中發現DF4-1爐管較DF4爐其它爐管需要設定高出很多的溫度和流量才能達到相同的方塊電阻,否則就可能出現方塊電阻阻值偏大,擴散不完全,最終導致電池片擴散環節工藝質量下降。現將排除故障的實驗研究總結分析,供同行參考。

1DF4-1、DF4-2擴散程序參數對比

  1.1DF4-1、DF4-2擴散參數設置

  按照DF4-1、DF4-2操作說明、結合生產實際及工藝部制作的操作規程,設置常規生產實踐中DF4-1、DF4-2的擴散程序參數見表1。

  表1顯示,DF4-1與DF4-2對比,同樣方阻控制在55Ω,DF4-2溫度只需840℃左右,小氮流量需要1220mL/min,而DF4-1溫度則需要870℃左右,小氮流量則需要1650mL/min。如此差異巨大的參數才能達到擴散方阻的阻值基本相同,擴散過程中顯然出現了異常。

  1.2生產中經常出現的問題

  如果按照常規生產中的擴散程序,將DF4-1與DF4-2爐管設置相同的參數,DF4-2爐管的產品符合技術質量要求,而DF4-1的產品存在以下問題:1)DF4-1需異常高溫和磷源量才可達到與其他爐管相同擴散方阻;2)經DF4-1爐擴散后的電池片顏色略深,擴散表面濃度過高;3)經DF4-1擴散后的電池片方阻均勻性不好,經燒結后效率低于線上正常水平。

2方阻異常原因排查

  2.1溫度排查

  分析是否因為設定溫度與實際溫度差額較大而導致方塊電阻異常。將擴散爐各溫區溫度設定為850℃,用profile熱偶檢測其實際溫度。檢測結果見表2。

  從表2的檢測結果來看實際溫度與設定溫度的差異在允許范圍之內,溫度差異無異常。

  2.2排風排查

  分析是否因為排風異常而導致方塊電阻異常。用風速儀測試DF4爐各爐管的排風,測試結果見表3。通過測試結果看出各個爐管的排風在允許誤差范圍之內,差異不大。

  2.3更改HP-M156擴散程序

  分析是否因為DF4-1爐管的性能不能滿足擴散程序而導致方塊電阻異常。修改HP-M156擴散程序設置的技術參數,見表4。

  重新運行HP-M156程序進行試片,更改程序前后試片的技術參數測試結果見表5。

  試片結果顯示,更換擴散程序后的方阻平均值與更換程序以前差異值非常小(≤5Ω),說明DF4-1參數異常與擴散程序無關。

  2.4檢查擴散小氮的流量

  分析是否因為小氮流量異常而導致方塊電阻異常。將DF4-1爐管、DF4-3爐管的小氮流量計各接一根軟管,將兩根軟管插入裝滿水的量杯中,兩爐管設置同樣的小氮流量觀察其鼓泡情況,發現DF4-3的鼓泡要比DF4-1猛烈一些,然后我們用風速儀測量各自的風速,結果顯示DF4-3的風速要高于DF4-1,由此推測小氮流量可能存在一定的問題。當時,DF4-3爐正在維護,我們將DF4-3爐管的小氮接管接到DF4-1爐管的磷源瓶上,(通過DF4-3的小氮流量計控制DF4-1的擴散小氮)運行HP-M156程序試片,試片結果見表6。

  與第一次試片結果比較,方阻平均值小了17Ω(88.2~69.3Ω),試片結果證實DF4-1的小氮流量存在一定的問題。

  2.5檢查擴散氧氣的流量

  分析是否因為氧氣流量異常而導致方塊電阻異常。將DF4-3爐管的氧氣管接到DF4-1爐管上,通過DF4-3來控制DF4-1的氧氣流量,運行HP-M156程序,對比前后的方塊電阻。此次試片結果,方阻平均值更改前為65.5Ω,更改后為64.52Ω,與第二次試片結果差異不大,可以判斷DF4-1的氧氣流量不存在異常。

  隨后檢查了小氮氣體管路,檢查結果無異常。由此推測可能是小氮氣體流量計出現了問題。我們將DF4-1爐管的擴散溫度與流量調至與其他爐管相同,設備人員更換DF4-1擴散爐小氮流量計后,試片結果見表7。

  更換小氮流量計后試片結果正常。

  2.6方阻值異常原因排查流程、處理措施及試片結果

  方阻值異常原因排查流程、處理措施及試片結果見表8。

3結語

  以上為探究DF4-1爐管方阻異常的原因,進行溫度、排風、更改擴散程序、流量的4方面排查分析,確定了是由于流量計異常出現小氮流量異常,而最終導致的方阻異常,通過跟換流量計使生產過程恢復正常。通過此次實驗研究,我們深刻地認識到,對于24h運轉的生產線,設備系統各個零部件的定期檢查、維護非常重要。當出現產品質量異常時,應在最短時間內進行有針對性的排查,從而提高解決問題的效率。


史君

東南大學太陽能研究中心

原標題:光伏電池片生產中排除擴散爐故障的實驗研究

 

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