專利名稱:硅片承載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及研制一種承載方形硅片的容器,如承載太陽能電池多晶及單晶硅片。要求盛裝硅片的承載器(俗稱清洗花籃)不但能夠長期耐受清洗液的溫度、清洗液的酸、堿腐蝕,還要有較強(qiáng)的剛性、強(qiáng)度精確的外形尺寸和嚴(yán)格的產(chǎn)品重量,以滿足硅片生產(chǎn)線和清洗設(shè)備的要求。
背景技術(shù):
以前使用的硅片承載器都是用于半導(dǎo)體硅片及晶片的承載,這些硅片均為圓形。其生產(chǎn)工藝需要用液體和氣體對承載器內(nèi)硅片浸泡洗滌,其中的化學(xué)洗液含有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等腐蝕性液體,且需在高溫(180℃)下使用。因此硅片清洗時承載此類硅片的承載器一般用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)注射而成,但此種原料成本高,熔體粘度較大加工困難,且對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,需使用專用設(shè)備進(jìn)行注射,造成產(chǎn)品成品率、生產(chǎn)效率低下,價格昂貴。
本發(fā)明涉及的方形硅片,例如太陽能電池硅片,同半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所用圓形單晶硅片相比,首先外形有四個直角,其次太陽能電池硅片大多采用多晶硅,這就造成它比圓形硅片更易破碎。由于圓形硅片沒有方向問題,可以在硅片承載器內(nèi)隨意插入、取出,而沒有任何障礙;而方形硅片則對承載器的平滑度要求更高,才能滿足硅片在進(jìn)出承載器方向并不完全垂直時,可以自動調(diào)整至正確位置,順利進(jìn)出,沒有阻礙。硅片清洗時,硅片承載器垂直放置,由于圓形硅片有最低點,清洗液能夠沿此最低點流出,對承載器無特殊要求;而方形硅片底部平直,易造成清洗液滯留,因此要求承載器底部有導(dǎo)出清洗液的空隙。雖然太陽能電池硅片生產(chǎn)工藝也要求能夠長期耐受一定溫度下清洗液的酸、堿腐蝕,但其耐腐蝕程度不必達(dá)到圓形硅片承載器的要求,因此可以使用性價比更合理、加工更容易的聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)等材料加工生產(chǎn),這樣可以降低成本,獲得更高的生產(chǎn)效率和效益。
目前,太陽能電池的生產(chǎn)和應(yīng)用是世界上增長最快的產(chǎn)業(yè)之一,年增長率近年來已接近30%,目前其年貿(mào)易額已達(dá)10億美元以上。太陽能電池大都采用半導(dǎo)體材料制造,其中多晶硅電池約占50%左右,是太陽能電池中成本低、產(chǎn)量增長最快的一個品種。它的生產(chǎn)工藝和材料研究均已成熟,為我們解決日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題,提供了有效、清潔、安全和可持續(xù)發(fā)展的新能源的應(yīng)用途徑。據(jù)專家預(yù)測在未來十年甚至更長時間內(nèi)它將主導(dǎo)太陽能電池的市場。
我國擁有豐富的太陽能資源。據(jù)統(tǒng)計,每年中國陸地接收的太陽輻射總量,相當(dāng)于24000億t標(biāo)煤,全國總面積2/3地區(qū)年日照時間都超過2000h,特別是西北一些地區(qū)超過3000h。另一方面,隨著當(dāng)前世界光電技術(shù)及其應(yīng)用材料的飛速發(fā)展,光電材料成本成倍下降,光電轉(zhuǎn)換率不斷提高,這將帶來太陽能發(fā)電成本的大幅度下降。世界光伏界一般認(rèn)為,到2010年太陽能光伏電池成本將降低到可以與常規(guī)能源競爭的程度。這為中國大力開發(fā)太陽能資源提供了可能。
太陽能硅電池的生產(chǎn)工藝中,需要使用硅片承載器,在一定溫度下的NaOH溶液、HCl溶液、HF溶液中對硅片進(jìn)行清洗。該承載器需滿足硅片轉(zhuǎn)換的要求,并長期使用不變形,使用時不污染硅片。在集成電路產(chǎn)業(yè)(IC)的單晶硅的生產(chǎn)中,用于對硅片進(jìn)行清洗的承載器是采用可熔融性氟塑料四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)注射加工成型,而用于要求不太苛刻的環(huán)境以及硅片的運輸時采用聚丙烯(PP)注射加工成型,如專利CN 1037616A涉及了用于集成電路硅片裝載和存儲的托架,且其涉及的硅片形狀為圓片。而用于太陽能電池的硅片承載器,根據(jù)不同用戶要求,采用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)及聚丙烯(PP)等材料注射加工成型,裝載的硅片為方形。
在可熔融性氟塑料的加工中,PVDF具有較低的熔體粘度(相對于其它氟樹脂),而且熔點與分解溫度相差140℃左右,故熱穩(wěn)定性能較好,便于加工。不需要防腐處理的專用設(shè)備,可用一般熱塑性塑料注射加工方法成型。它的熔點在165~185℃,長期使用溫度范圍-70℃~150℃,熱分解溫度在316℃以上,具有較好的耐熱性能。它的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剛性、硬度和耐切割性能,在氟塑料中居于首位,是一種具有優(yōu)良耐磨性、抗蠕變、耐疲勞、高硬度的強(qiáng)韌結(jié)構(gòu)材料。
發(fā)明內(nèi)容
方形硅片承載器,如太陽能電池硅片承載器,需滿足以下幾點要求。它可以裝載的硅片為方形硅片,能夠滿足硅片轉(zhuǎn)換的要求,并長期使用不變形。它更需要滿足硅片清洗的要求,可以使清洗液流經(jīng)硅片的每一個角落,并不駐留在承載器內(nèi),能夠長期耐受清洗液較高的溫度以及清洗液的酸、堿腐蝕。它還需要有一定的重量,不至于在清洗槽內(nèi)傾覆和翻轉(zhuǎn),但也不能太重,不利于人工操作或機(jī)器搬運。
根據(jù)本發(fā)明制造的容器可滿足上述要求。這種容器還具有其他獨特的優(yōu)點。首先,根據(jù)本發(fā)明制造的容器結(jié)構(gòu)設(shè)計更加精巧,所用原料少,節(jié)約了成本。其次,根據(jù)本發(fā)明制造的容器結(jié)構(gòu)可以更好的保護(hù)所承載的硅片,不會在轉(zhuǎn)換、清洗過程中墜落而使硅片損壞。最后,根據(jù)本發(fā)明制造的容器的定位系統(tǒng)可與相應(yīng)的太陽能電池制造設(shè)備連接,使定位更加牢固、準(zhǔn)確。
因此,本發(fā)明的一個目的是提供一種承載容器,它可以承載方形承載物,比如太陽能電池多晶硅片。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種承載容器,它可以用于清洗如太陽能電池硅片等操作,使清洗液在容器內(nèi)順利的流入流出,并在操作中保護(hù)容器內(nèi)的物品在受到?jīng)_擊、振動、擠壓及摩擦等作用時不會劃傷或碎裂。
本發(fā)明還有一個目的是所提供的容器可以耐受一定溫度下酸、堿腐蝕。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種更可靠的定位方式,如能使太陽能硅片承載器與清洗機(jī)器連接時更緊密。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種可以反復(fù)使用、容易清潔的容器。
本發(fā)明還有一個目的是要提供這樣的容器,當(dāng)它在太陽能電池自動生產(chǎn)線上使用時仍是有效的。
以上和其它一些目的都是通過一種容器達(dá)到的,該容器具有以下幾部分結(jié)構(gòu)一個箱形主體,主體頂部和底部有開口,頂部用于硅片的放入和取出;兩面相對立的側(cè)壁,側(cè)壁是平直的,沒有彎曲,但具有一定的斜度,內(nèi)部包含多個有固定間距的齒條;一個H形端壁,一個平板端壁。
本發(fā)明所述方形硅片承載器,為滿足耐腐蝕及具有一定重量以防止在溶液中使用時傾覆和翻轉(zhuǎn)的要求,采用聚偏氟乙烯(PVDF)或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)注射加工成型。
通過下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的說明,可以更好的理解本發(fā)明。
圖1本發(fā)明的用于太陽能電池硅片承載器的立體2本發(fā)明的用于太陽能電池硅片承載器的主視3本發(fā)明的用于太陽能電池硅片承載器的正面剖面4本發(fā)明的用于太陽能電池硅片承載器的右面剖面5本發(fā)明的用于太陽能電池硅片承載器的俯視圖參照圖1-5,說明了本發(fā)明太陽能電池硅片承載器,該承載器主體用標(biāo)號1來表示。如前所述,該承載器是用熱塑性塑料整體注塑成型。
方形硅片承載器1包括六大部分開放式頂部11和底部12、兩面相互對立的側(cè)壁2、H形端壁3和與其相對立的另一平板端壁4。以下是對實體的各個部分的詳述。
側(cè)壁2為一平直壁,沒有彎曲,與垂直方向1°的傾角直著向下直到下底部錐形支腳24,側(cè)壁2外表面豎直并列著具有固定寬度的用于在清洗硅片時液體流出的窗格21,每個窗格夾著的部分在側(cè)壁內(nèi)表面形成了固定硅片位置的齒條22,側(cè)壁2的外表面水平排列了三條用于隔擋方形硅片在甩干操作時不至于脫出的橫梁23(在半導(dǎo)體硅片承載器中一般為一條或兩條,如專利CN 1037616A),在下底部錐形支腳24的上側(cè)分別是用于清洗液流出的空隙25和用于固定硅片位置的錐形齒26,在下底部錐形支腳24的下端分布有2個用于方形硅片承載器1與太陽能電池清洗及甩干設(shè)備(未示于圖中)連接的定位槽27,側(cè)壁2的上端水平伸出了一方便人工拿取方形硅片承載器1的梯形凸面28,一側(cè)壁2的凸面28上表面兩端分布兩個定位銷291,相對的另一側(cè)壁2的凸面28上表面兩端分布兩個定位孔292,該定位銷291和定位孔292是用于兩個方形硅片承載器1在相對交換硅片時的定位連接。
H形端壁3與兩個相對立的側(cè)壁2相連接,其H形端面31上分別凸起了一根水平定位桿32和兩根垂直定位桿33,在垂直定位桿33向上與側(cè)壁2的凸面28相隔一段距離有一用于卡住硅片護(hù)條5(未示于圖中,保護(hù)硅片在清洗和甩干時不被脫出)的方形凹槽34。
與H形端壁3相對立的另一平板端壁4上側(cè)兩端同樣的位置也分布兩個方形凹槽34,與H形端壁3的凹槽共同卡住硅片護(hù)條5,平板端壁兩側(cè)各設(shè)有一個凸出法蘭41,以便用提梁6(未示于圖中)提取方形硅片承載器1。
本發(fā)明除了在結(jié)構(gòu)上設(shè)置了更適于承載方形太陽能電池硅片的承載器,還根據(jù)這一結(jié)構(gòu)在加工工藝上進(jìn)行探索。
為保證太陽能電池硅片在清洗時全部浸入腐蝕性清洗液,裝載硅片的承載器除了需耐腐蝕還要具有足夠的比重,才能使裝有硅片的硅片承載器在清洗液中不會傾覆和翻轉(zhuǎn),合適的原材料包括四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等,但考慮到原料價格及產(chǎn)品綜合性能,PVDF明顯比另外兩者更適合本發(fā)明的加工。
但是,PVDF是一種收縮率較大的樹脂,而且其收縮率在不同模具和工藝條件中的變化范圍較大,使得制品在自身的各個方向上尺寸的收縮具有不均勻性,這種收縮不均勻性表現(xiàn)在同種制品不同部位的收縮不均勻;制品壁厚方向的收縮不均勻;樹脂流動取向不同造成的收縮不均勻;以及不同模具的制品同種厚度方向的收縮不均勻。影響注射制品收縮的因素從本質(zhì)上可以歸結(jié)為三個注射制品的殘余應(yīng)力;制品冷卻過程;材料的取向。因此在進(jìn)行模具設(shè)計時,精確確定制品各個方向的收縮率的故然重要,但對于本發(fā)明所述的尺寸要求嚴(yán)格的制品,還需要在注射成型中加以工藝調(diào)整,注意制品冷卻時間的控制,保證制品不產(chǎn)生內(nèi)縮孔,以保證最終制品的尺寸穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的加工方法,PVDF收縮率為2.6~5.2%,優(yōu)選2.7~4.0%,更優(yōu)選2.8~3.0%。
注射工藝包括機(jī)筒溫度、注射壓力、模具溫度等。采用不同種類、不同廠家、不同牌號的原材料,采用不同設(shè)備加工,加工工藝都不相同。下面給出加工工藝的一般范圍PVDF注射成型溫度范圍從170℃~260℃,優(yōu)選190℃~240℃。
PVDF注射壓力范圍從30~150MPa,優(yōu)選40~90MPa。
PVDF模具溫度范圍從70℃~140℃,優(yōu)選75℃~90℃。
實施例1以PVDF注射級(阿托公司生產(chǎn))為原料,收縮率為3%,設(shè)計103mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī),注射溫度190℃~220℃,注射壓力45~60MPa,模具溫度80℃。
實施例2以PVDF注射級(阿托公司生產(chǎn))為原料,收縮率為3%,設(shè)計156mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī),注射溫度200℃~245℃,注射壓力35~45MPa,模具溫度90℃。
實施例3以PFA注射級(大金公司生產(chǎn))為原料,收縮率為3%,設(shè)計156mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī),注射溫度320℃~365℃,注射壓力10~65MPa,模具溫度80℃。
實施例4
以FEP注射級(3F公司生產(chǎn))為原料,收縮率為2.4%,設(shè)計125mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī),注射溫度320℃~350℃,注射壓力55~90MPa,模具溫度65℃。
實施例5以PP注射級(阿托公司生產(chǎn))為原料,收縮率為2%,設(shè)計103mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī),注射溫度210℃~240℃,注射壓力30~65MPa,模具通冷卻水。
本發(fā)明在不脫離其主旨的情況下可按其它形式實施,因此,圖示實施例為本發(fā)明的說明而不是限制,涉及表明本發(fā)明范圍的是所附的權(quán)利要求書而不是上述的說明。
權(quán)利要求
1.一個方形硅片承載器,其特征在于一個箱形主體,主體頂部和底部有開口,頂部用于硅片的放入和取出;兩面相對立的側(cè)壁,側(cè)壁是平直的,沒有彎曲,但具有一定的斜度,內(nèi)部包含多個有固定間距的齒條;一個H形端壁,一個平板端壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片承載器,其特征在于選用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)之一注射成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片承載器,其特征在于優(yōu)選聚偏氟乙烯樹脂(PVDF)注射成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的外表面應(yīng)具有三條水平橫梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的下底部錐形支腳上側(cè)包含一系列水平排列的空隙和多個相對立的錐形齒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的下底部錐形支腳下端中心應(yīng)分布有2個定位槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器的側(cè)壁上還應(yīng)有一用于卡住硅片護(hù)條的方形凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器所采用的PVDF收縮率為2.6~5.2%。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器采用的PVDF注射成型溫度范圍從170℃~260℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器所采用的PVDF注射壓力范圍從30~150MPa。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅片承載器,其特征在于該硅片承載器所采用的PVDF模具溫度范圍從70℃~140℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及研制一種承載方形硅片的容器,如承載太陽能電池硅片。該硅片承載器能夠長期耐受一定溫度下酸、堿清洗液,還要有較強(qiáng)的剛性、精確的外形尺寸和嚴(yán)格的產(chǎn)品重量,以滿足硅片生產(chǎn)線和清洗設(shè)備的要求。其結(jié)構(gòu)為一個箱形主體,主體頂部和底部有開口;兩面相對立的側(cè)壁,側(cè)壁是平直的沒有彎曲但具有一定的斜度,內(nèi)部包含多個有固定間距的齒條;一個H形端壁和平板端壁。該硅片承載器側(cè)壁的外表面具有三條水平橫梁,側(cè)壁的下底部錐形支腳上側(cè)包含一系列水平排列的空隙和多個相對立的錐形齒,其下端中心分布有2個定位槽,側(cè)壁上還有一用于卡住硅片護(hù)條的方形凹槽。該容器采用聚偏氟乙烯(PVDF)注射加工成型。
文檔編號H01L21/67GK1622308SQ20041010121
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者孫衛(wèi)東, 黃萍, 王 華, 朱道峰 申請人:北京市塑料研究所