本实用新型涉及光伏电池片氢钝化领域,特别涉及一种抗光衰炉。
背景技术:
太阳能发电技术是目前最重要的可再生能源技术之一。当下太阳能发电成本仍然高于传统能源,制约了其大规模的应用。为此,产业界和科学界一直致力于提高太阳能电池的光电转换效率、降低太阳能电池的制造成本。
太阳能发电是基于半导体材料的光伏效应。P型半导体和N型半导体接触形成PN结,产生强大的内部电场。当光照射半导体时激发产生的电子一空穴被电场分离,被分离的电子和空穴在半导体基体中扩散到表面被电极收集,从而对外提供电能。因此太阳能电池对作为基体的半导体材料提出了两个最主要的要求:高纯和高完整。高纯是指半导体材料中的杂质少;高完整是指半导体材料的晶格完整性高。这是因为半导体中的杂质和晶格缺陷会使光照产生的电子和空穴复合耗损,导致被收集的载流子数量下降从而使太阳能电池的光电转换效率降低。
按半导体材料划分,太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池、化合物太阳能电池、有机太阳能电池等,其中晶体硅太阳能电池是目前最主流的太阳能电池。这是由于硅晶体的优异特性导致的,其中一个很重要的特点就是硅晶体容易实现高纯和高完整这两个要求,例如用于制造太阳能电池的硅晶体纯度高达6个9以上;容易制备单晶体的硅(虽然多晶体的硅也被应用于制造太阳能电池)。
即使如此,硅晶体中极少量的杂质和缺陷仍然对太阳能电池的性能产生了显著影响,甚至制约了电池效率的进一步提高。硅晶体中的杂质除了故意掺入的掺杂剂一硼和磷之外,还包括氧、碳、氮等轻元素杂质(其中硼和氧会形成硼氧复合体,它对电子一空穴具有高复合活性)以及铁、钻、镍、铬、铜等过渡金属杂质。
硅晶体中的缺陷包括本征点缺陷外,特别是指晶界、位错以及晶体表面的硅悬挂键等。这些杂质和缺陷成为光生电子一空穴的“杀手”,显著降低了少数载流子的寿命从而降低了太阳能电池的转换效率。
晶体硅中的氢元素对太阳能电池有着重要作用。硅中的氢原子具有很强的反应活性,它能够与轻元素杂质及其复合体反应;与掺杂原子硼、磷反应;与过渡金属杂质反应;与硅悬挂键结合,富集在晶体表面、晶界、位错区域;甚至与其他氢原子反应形成氢分子等。因此可以利用氢原子与其他杂质和缺陷的反应来钝化这些复合中心的复合活性,提高硅晶体中少数载流子的寿命。
据公开的文献报道,在硅晶体中引入氢原子的方法如以下:
(1)在太阳能电池制造过程中利用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)沉积氮化硅薄膜。氮化硅薄膜中富含的氢原子扩散到硅晶体的界面,钝化了界面上的硅悬挂键,显著降低了硅晶体的表面复合速率。
(2)氢等离子体处理。通过浸没在氢等离子体中能在硅晶体的近表面引入氢原子。无论是沉积氮化硅薄膜还是氢等离子体处理,但这些方法存在的问题是:只能在硅晶体近表层(通常小于几微米)引入氢,而无法在基体中引入高浓度的氢原子,所以氢原子对太阳能电池基体内部的杂质和缺陷的钝化作用非常微弱。
如何实现在太阳能电池基体内引入较高浓度的氢原子,最大化地利用其对基体内杂质和缺陷的钝化作用。因此非平衡载流子的氢钝化产生方法,对于提高太阳能电池的转换效率具有重要意义。
根据非平衡载流子的产生方法有:光热法、电注入法。
因此开发一种高导热大功率集成式LED灯,用于光热法的设备上,能有效的抑制电池片光衰。对于提高太阳能电池的转换效率具有重要意义。
技术实现要素:
本实用新型的目的是针对现有技术的上述缺陷,提供一种抗光衰炉。高导热大功率集成式LED灯,有效的抑制电池片光衰,采用大功率LED灯的金属电路板,焊接在金属散热水箱表面的方式,通过金属散热水箱内的水,迅速带走金属散热水箱的热能,实现LED快速散热,从而达到较高的输出功率。
为解决现有技术的上述缺陷,本实用新型提供的技术方案是:一种抗光衰炉,包括炉支架和多个恒流源,所述炉支架上设有循环输送硅片的输送装置,所述炉支架沿所述输送装置入料端至出料端依次设有预热区、光照区和冷却区,所述光照区的正上方设有若干组并排设置的LED灯光照模组,每组所述LED灯光照模组由多个具有水冷作用的LED灯条组成,每个所述LED灯条均由一个所述恒流源独立控制。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述炉支架位于所述光照区的位置设有炉腔,所述炉腔的空腔内侧壁上间隔设有多个风孔,所述炉腔的下腔设有辅助加热装置,所述炉腔的正上方与所述LED灯光照模组之间采用透光的隔板隔开。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述输送装置包括设置在炉支架左右两端的滚筒,其中一个所述滚筒由电机驱动,两个所述滚筒采用金属网状输送带连接,所述金属网状输送带带动硅片依次经过预热区、光照区和冷却区,硅片经过所述预热区时的预热温度在200℃~500℃,硅片经过所述光照区时,所述LED灯光照模组对硅片进行光照处理,所述炉腔的温度降低到一定程度时,所述辅助加热装置对炉腔进行辅助加热。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述炉支架上设有总循环水管进和总循环水管出,每组所述LED灯光照模组由四个具有水冷作用的LED灯条组成,四个LED灯条上均设有进水口和出水口,四个LED灯条的进水口和出水口依次连通,一个LED灯条的进水口连通总循环水管进,一个LED灯条的出水口连通总循环水管出。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述LED灯条包括LED灯散热水箱,该LED灯散热水箱中的LED灯的电流电压由恒流源调节控制,所述LED灯散热水箱的正面一端设有用于连接正电极座的正电极安装孔,所述LED灯散热水箱的正面另一端设有用于连接负电极座的负电极安装孔,所述正电极座连接所述恒流源的正电极,所述负电极座连接所述恒流源的负电极,所述LED灯散热水箱的正面采用液态金属焊接的方式连接有一金属电路板,所述金属电路板的表面装有测温探头,所述测温探头与所述恒流源电连接,所述LED灯散热水箱的背面设有进水口和出水口,所述金属电路板的表面间隔设有若干个LED芯片。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述LED灯散热水箱的空腔内对应所述LED灯散热水箱的背面一侧间隔设有多片散热翅片,每片所述散热翅片沿所述LED灯散热水箱的长度方向上延伸、并与所述LED灯散热水箱的空腔长度相同。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,每片所述散热翅片的高度相同,所述散热翅片的高度小于所述LED灯散热水箱的空腔的高度,所述LED灯散热水箱的两端分别设有用于连接L形支架的支架连接孔,所述LED灯散热水箱为铝构件,所述金属电路板为铜构件。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述恒流源内设有核心电路板、前整流板、后整流板、电源板、风扇电源板、接口板、驱动板和控制面板,所述前整流板、后整流板、电源板、风扇电源板、接口板、驱动板和控制面板均与所述核心电路板连接,所述电源板输入220V交流电压经过前整流板整流成310V直流电、并输出至LC串联谐振逆变电路转换成20KHZ交流电,再经过电感和电解电容转换成直流电输出。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述控制面板上设有温度显示器、电压显示器、电流显示器、功率显示器、用于调节电压的电压调节器和用于调节电流的电流调节器,所述控制面板上还设有电源开关;
所述恒流源内还设有两个铝散热片、三个风扇、变压器、电感、两个交流电源,三个风扇均连接风扇电源板;所述恒流源外壳侧面和正面均设有散热网孔,所述恒流源外壳的正面两端分别设有多个U形卡扣和腰形安装孔;
所述核心板由TMS320F28335、LC4064V核心芯片构成,通过TMS320F28335芯片的SPWM功能,实现全桥型零电压开关PWM控制,SPWM功能:就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。
作为本实用新型抗光衰炉的一种改进,所述炉支架的后侧间隔设有多个用于带走所述炉腔热量的炉腔散热风机,所述炉支架的上端间隔设有多个上散热风机;所述炉支架的前侧设有控制电箱;
所述预热区上设有上预热炉和下预热炉,所述上预热炉和下预热炉上均间隔设有多个加热灯管,所述上预热炉和下预热炉之间具有供金属网状输送带通过的通道,所述上预热炉和所述下预热炉上均设有至少一个感温探头;
所述冷却区上间隔设有多个向下吹风的散热风扇和向下吸风的风机装置。
与现有技术相比,本实用新型的优点是:本实用新型采用了高导热大功率集成式LED芯片,有效的抑制电池片的光衰,采用大功率LED灯的金属电路板,焊接在金属散热水箱表面的方式,通过金属散热水箱内的水,迅速带走金属散热水箱的热能,实现LED快速散热,从而达到较高的输出功率。恒流源基于LC串联谐振高频逆变电路。交流220V输入,先整流成310V直流,再经LC串联谐振高频逆变电路,转换成20KHZ交流电,再经过高频电感和电解电容转换成直流输出,最大直流输出为500V 10A,电压电流输出可调。一个恒流源独立控制一个LED灯条,使LED灯条具有超高光照强度的同时,又可以控制其发热的温度,使LED灯条在一个恒定的温度下工作。硅片进入本抗光衰炉的过程中,经过多组LED灯光照模组的强光照射,硅片氢钝化效果明显。每组LED是由88颗LED串联构成。色温5000K,6W高光效LED芯片,85摄氏度时,光效是156lm/W,25摄氏度时,光效是170lm/W。
当水冷正常工作时,水流量为7.2m3/h,输出的光能最高可达5.42W/平方厘米,也就是说输出的光能最高可达54.2个太阳光。出水管比进水管水温升高4摄氏度,LED灯铜电路板表面温度升高18摄氏度。能有效的抑制电池片光衰。
附图说明
下面就根据附图和具体实施方式对本实用新型及其有益的技术效果作进一步详细的描述,其中:
图1是本实用新型正面立体结构示意图。
图2是本实用新型后视立体结构示意图。
图3是本实用新型多组LED灯光照模组正面结构示意图。
图4是本实用新型多组LED灯光照模组背面结构示意图。
图5是本实用新型单个LED灯条正面结构示意图。
图6是本实用新型单个LED灯条背面结构示意图。
图7是本实用新型LED灯条内部结构示意图。
图8是本实用新型恒流源结构示意图。
附图标记名称:1-炉支架 2-恒流源 3-输送装置 4-预热区 5-光照区 6-冷却区 7-LED灯光照模组 8-LED灯条 9-炉腔 10-风孔 11-辅助加热装置 12-总循环水管进 13-总循环水管出 14-炉腔散热风机 15-上散热风机 16-控制电箱 21-控制面板 22-温度显示器 23-电压显示器 24-电流显示器 25-功率显示器 26-电压调节器 27-电流调节器 28-电源开关 80-支架连接孔 81-LED灯散热水箱 82-正电极安装孔 83-负电极安装孔 84-金属电路板 85-测温探头 86-进水口 87-出水口 88-LED芯片 89-散热翅片。
具体实施方式
下面就根据附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述,但本实用新型的实施方式不局限于此。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示,一种抗光衰炉,包括炉支架1和多个恒流源2,炉支架1上设有循环输送硅片的输送装置3,炉支架1沿输送装置3入料端至出料端依次设有预热区4、光照区5和冷却区6,光照区5的正上方设有若干组并排设置的LED灯光照模组7,每组LED灯光照模组7由多个具有水冷作用的LED灯条8组成,每个LED灯条8均由一个恒流源2独立控制。多个恒流源2同时架设在一个恒流源2支架上。LED灯光照模组7具有三大组,每三大组具有LED灯光照模组7具有16个LED灯条8,每个大组由4个小组LED灯光照模组7,每个小组LED灯光照模组7有4个LED灯条8,一个抗光衰炉上共有48个LED灯条8。
优选的,炉支架1位于光照区的位置设有炉腔9,炉腔9的空腔内侧壁上间隔设有多个风孔10,炉腔9的下腔设有辅助加热装置11,炉腔9的正上方与LED灯光照模组7之间采用透光的隔板隔开。透光的隔板为玻璃板。透光的隔板可以将炉腔9的温度与LED灯光照模组7隔开,使LED灯光照模组7的温度不会影响炉腔9的温度同时又可以给硅片实现强光照。
优选的,输送装置3包括设置在炉支架1左右两端的滚筒31,其中一个滚筒31由电机驱动,两个滚筒31采用金属网状输送带连接,金属网状输送带带动硅片依次经过预热区4、光照区5和冷却区6,硅片经过预热区4时的预热温度在200℃~500℃,硅片经过光照区5时,LED灯光照模组7对硅片进行光照处理,炉腔9的温度降低到一定程度时,辅助加热装置11对炉腔9进行辅助加热。
优选的,炉支架1上设有总循环水管进12和总循环水管出13,每组LED灯光照模组7由四个具有水冷作用的LED灯条8组成,四个LED灯条8上均设有进水口和出水口,四个LED灯条8的进水口和出水口依次连通,一个LED灯条8的进水口连通总循环水管进12,一个LED灯条8的出水口连通总循环水管出13。
优选的,LED灯条8包括LED灯散热水箱81,该LED灯散热水箱81中的LED灯的电流电压由恒流源2调节控制,LED灯散热水箱81的正面一端设有用于连接正电极座的正电极安装孔82,LED灯散热水箱81的正面另一端设有用于连接负电极座的负电极安装孔83,正电极座连接恒流源2的正电极,负电极座连接恒流源2的负电极,LED灯散热水箱81的正面采用液态金属焊接的方式连接有一金属电路板84,金属电路板84的表面装有测温探85头,测温探头85与恒流源2电连接,LED灯散热水箱81的背面设有进水口86和出水口87,金属电路板84的表面间隔设有若干个LED芯片88。
优选的,LED灯散热水箱81的空腔内对应LED灯散热水箱81的背面一侧间隔设有多片散热翅片89,每片散热翅片89沿LED灯散热水箱81的长度方向上延伸、并与LED灯散热水箱81的空腔长度相同。
优选的,每片散热翅片89的高度相同,散热翅片89的高度小于LED灯散热水箱81的空腔的高度,LED灯散热水箱81的两端分别设有用于连接L形支架的支架连接孔80,LED灯散热水箱81为铝构件,金属电路板84为铜构件。
优选的,恒流源2内设有核心电路板、前整流板、后整流板、电源板、风扇电源板、接口板、驱动板和控制面板21,前整流板、后整流板、电源板、风扇电源板、接口板、驱动板和控制面板均与核心电路板连接,电源板输入220V交流电压经过前整流板整流成310V直流电、并输出至LC串联谐振逆变电路转换成20KHZ交流电,再经过电感和电解电容转换成直流电输出。
优选的,控制面板21上设有温度显示器22、电压显示器23、电流显示器24、功率显示器25、用于调节电压的电压调节器26和用于调节电流的电流调节器27,控制面板21上还设有电源开关28;
恒流源2内还设有两个铝散热片、三个风扇、变压器、电感、两个交流电源,三个风扇均连接风扇电源板;恒流源2外壳侧面和正面均设有散热网孔29,恒流源外壳的正面两端分别设有多个U形卡扣20和腰形安装孔201;
核心板由TMS320F28335、LC4064V核心芯片构成,通过TMS320F28335芯片的SPWM功能,实现全桥型零电压开关PWM控制,SPWM功能:就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列,这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。
核心板具有以下作用:
1)精确死区时间控制;
2)可调振荡频率高达2MHz;
3)PID恒压/恒流模式控制;
4)可调软启动控制;
5)可调周期性峰值限流电流控制;
6)内部过温保护控制;
7)过流速断保护控制;
8)相位采集分析;
9)高速AD转换,采集电压电流,电抗分析;
10)LED灯过温保护;
11)LED灯恒温控制。
接口板:主要由CHVS-AS5霍尔电压传感器、HA55霍尔电流传感器、AD8226ARM、TLC2272IDR、AD8275ARMZ、SI8421AB、KAQY214S、LM311D、TL3116DR等核心芯片构成。具有以下电路:
1)电压电流采集信号调理电路;
2)LDO稳压电路;
3)过温控制电路;
4)继电器控制电路;
5)风扇控制电路;
6)RS485通信接口电路;
7)频率脉冲电路;
8)母线过流电路;
9)过压保护电路;
10)过流保护电路;
11)死机保护电路;
12)输出允许电路;
13)输入电压调理电路;
12)4-20mA输入调理电路。
驱动板:主要由IGBT驱动芯片TX-KA962F、IGBT驱动电源QA01、IGBTK50T60、HA55霍尔电流传感器等核心芯片构成。具有以下作用:
1)可设定软关断时间;
2)可设定盲区时间;
3)可设定电流保护阈值;
4)可设定故障后再启动时间;
5)故障信号输出接口;
6)母线电流调理电路。
优选的,炉支架1的后侧间隔设有多个用于带走炉腔热量的炉腔散热风机14,炉支架1的上端间隔设有多个上散热风机15;炉支架1的前侧设有控制电箱16;
预热区4上设有上预热炉41和下预热炉42,上预热炉41和下预热炉42上均间隔设有多个加热灯管43,上预热炉41和下预热炉42之间具有供金属网状输送带通过的通道,上预热炉41和下预热炉42上均设有至少一个感温探头44;
冷却区6上间隔设有多个向下吹风的散热风扇61和向下吸风的风机装置62。
本实用新型的优点是:本实用新型采用了高导热大功率集成式LED芯片,有效的抑制电池片的光衰,采用大功率LED灯的金属电路板,焊接在金属散热水箱表面的方式,通过金属散热水箱内的水,迅速带走金属散热水箱的热能,实现LED快速散热,从而达到较高的输出功率。恒流源基于LC串联谐振高频逆变电路。交流220V输入,先整流成310V直流,再经LC串联谐振高频逆变电路,转换成20KHZ交流电,再经过高频电感和电解电容转换成直流输出,最大直流输出为500V 10A,电压电流输出可调。一个恒流源独立控制一个LED灯条,使LED灯条具有超高光照强度的同时,又可以控制其发热的温度,使LED灯条在一个恒定的温度下工作。
硅片进入本抗光衰炉的过程中,经过多组LED灯光照模组的强光照射,硅片氢钝化效果明显。每组LED是由88颗LED串联构成。色温5000K,6W高光效LED芯片,85摄氏度时,光效是156lm/W,25摄氏度时,光效是170lm/W。
当水冷正常工作时,水流量为7.2m3/h,输出的光能最高可达5.42W/平方厘米,也就是说输出的光能最高可达54.2个太阳光。出水管比进水管水温升高4摄氏度,LED灯铜电路板表面温度升高18摄氏度。能有效的抑制电池片光衰。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。