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探討ABB機(jī)械手的運(yùn)用
引言
隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器人技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)制造工藝中，如，ABB機(jī)械手、史陶比爾機(jī)械手等，都在工業(yè)生產(chǎn)和加工中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在汽車制造行業(yè)，機(jī)械手的應(yīng)用更為廣泛[1-2].機(jī)械手的應(yīng)用能夠完成以往要多人，或涉及危險(xiǎn)的生產(chǎn)中，輔助生產(chǎn)者完成大部分的體力勞動(dòng)，也可以使用機(jī)械手來(lái)隔離生產(chǎn)者和危險(xiǎn)化學(xué)物品，避免生產(chǎn)者直接接觸對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)。隨著硅電池生產(chǎn)工藝的不斷革新，機(jī)械手也逐漸地應(yīng)用到硅電池的生產(chǎn)工藝中。本文分析了ABB機(jī)械手的技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合硅電池的生成工藝流程，闡述了ABB機(jī)械手在硅電池生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。
1硅電池片工藝流程
硅電池工藝流程主要分為：硅片檢測(cè)、表面制絨、擴(kuò)散制結(jié)、去磷硅玻璃、等離子刻蝕、鍍減反射膜、絲網(wǎng)印刷、快速燒結(jié)。
硅片檢測(cè)：作為太陽(yáng)能電池片的載體，必須要嚴(yán)格地對(duì)硅片的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，硅片質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響太陽(yáng)能電池片的工作效率和使用壽命。對(duì)于硅片的檢測(cè)主要是通過(guò)在線檢測(cè)的方法和對(duì)其工作參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和篩選。硅片的工作參數(shù)主要包括：硅片表面的平滑度、硅片的電阻率、硅片P/N型的完整性（是否存在裂紋）、材料運(yùn)行壽命等。
表面制絨：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)換功率的直接影響因素是光的吸收效率，通過(guò)表面制絨的工藝能夠利用硅片的各向異性腐蝕來(lái)在硅面上形成百萬(wàn)級(jí)的金字塔表面結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠使得太陽(yáng)光線在硅片的表面多次反射和折射，增加硅片的受照面積，從而提高太陽(yáng)能電池板的光能轉(zhuǎn)換效率。
擴(kuò)散制結(jié)：影響太陽(yáng)能電池板的光能轉(zhuǎn)換效率的另一個(gè)關(guān)鍵因素是PN節(jié)的面積，PN節(jié)的面積越大，其電流的載離子也就越多，轉(zhuǎn)換電流也就越大。而擴(kuò)散制結(jié)工藝就是為了擴(kuò)大其PN節(jié)的工藝流程。擴(kuò)散爐是這道工藝的主要設(shè)備，也是專門(mén)為擴(kuò)散太陽(yáng)能電池板PN節(jié)而設(shè)計(jì)的專用設(shè)備，其主要的擴(kuò)散源是液態(tài)三氯氧磷。
去磷硅玻璃：該道工序主要是為了清除上一道擴(kuò)散制結(jié)工藝過(guò)程中，在硅片上殘留的擴(kuò)散源和其化合物。該道工藝主要是將硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，在這個(gè)過(guò)程中POCl3與O2反應(yīng)，在硅片的表面生成P2O5沉淀物。生成的P2O5沉淀物會(huì)與Si反應(yīng)生成SiO2和磷原子[3].經(jīng)過(guò)以上的化學(xué)反應(yīng)，將在硅片的表面生成一層包含P元素和二氧化硅的硅磷玻璃。此道工序要與具有腐蝕性的化學(xué)藥品接觸，且工序較為復(fù)雜，對(duì)工藝的要求也較高，因此，這道工藝的科技水平較高，機(jī)械化水平也相對(duì)要高，也是機(jī)械臂的主要應(yīng)用場(chǎng)合。這道工藝的主體設(shè)備主要由本體、清洗槽、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂、電氣控制系統(tǒng)和自動(dòng)配酸系統(tǒng)等部分組成。在此道工序中會(huì)產(chǎn)生易揮發(fā)的四氟化硅氣體和可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，這些都是對(duì)人體有害的化學(xué)物體，因此，使用機(jī)械化設(shè)備有助于提高其工藝水平，提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。
等離子刻蝕：在進(jìn)行擴(kuò)散制結(jié)的工藝過(guò)程中，采用的是背靠背的擴(kuò)散方式，因此，在完成擴(kuò)散工藝后不僅在硅片的表面留有擴(kuò)散的磷元素，而且在硅片的邊緣也會(huì)留有擴(kuò)散的磷元素，如果不進(jìn)行處理的話，在太陽(yáng)能電池板吸收光能的過(guò)程中會(huì)使得PN節(jié)產(chǎn)生的電流會(huì)沿著硅片的邊緣擴(kuò)散，最終連接到PN結(jié)的背面從而會(huì)導(dǎo)致PN節(jié)的短路。因此，在對(duì)硅片完成以上的工藝后還需要對(duì)硅片邊緣摻雜的硅進(jìn)行刻蝕，去除硅片邊緣的磷元素，避免造成PN節(jié)短路。
鍍減反射膜：硅片被拋光以后其光滑表面的反射率是35%,太高的反射率會(huì)使得太陽(yáng)能板的光電轉(zhuǎn)換效率低下，因此需要對(duì)光滑的硅片表面進(jìn)行粗糙化處理，工業(yè)中比較常用的是在光滑硅片的表面制備一層氮化硅從而減少光線的反射。在工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方式是采用PECVD設(shè)備制備減反射膜。
絲網(wǎng)印刷：經(jīng)過(guò)以上的工藝流程，硅片板已經(jīng)能夠在太陽(yáng)下產(chǎn)生電流，但是還需要在太陽(yáng)能電池板上制造一層電極來(lái)導(dǎo)出電流，絲網(wǎng)印刷是目前工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的太陽(yáng)能電極生產(chǎn)工藝。
快速燒結(jié)：在經(jīng)過(guò)絲網(wǎng)印刷以后的太陽(yáng)能電池硅片，并不能直接使用，因?yàn)槠浔砻孢�有一層有機(jī)樹(shù)脂黏合劑。因此需要經(jīng)過(guò)快速燒結(jié)，剔除電極上的有機(jī)樹(shù)脂黏合劑，經(jīng)過(guò)此道工藝將在電極兩側(cè)形成較為純凈的玻璃質(zhì)，而且緊密結(jié)合在硅片上的銀電極。
2IRB120機(jī)械手
IRB120是ABB機(jī)器人家族中體積較小的成員，它是ABB機(jī)器人家族中的第四代機(jī)器人。因?yàn)槠潴w積小因此具有動(dòng)作敏捷、結(jié)構(gòu)緊湊，且較為輕便的特點(diǎn)，并且ABB將其控制精度和路徑的準(zhǔn)確度也作了很大的提升，因此，在工業(yè)制造中，IRB120是物料搬運(yùn)與機(jī)械裝配的理想選擇。同時(shí)，也可應(yīng)用到電子、食品生產(chǎn)和太陽(yáng)能電池的制作工藝中。
3機(jī)械手在硅電池制作工藝中的應(yīng)用
機(jī)械手的應(yīng)用主要集中在去磷硅玻璃工藝中，其在生產(chǎn)工藝中的重要性和不可替代性使得機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)得以體現(xiàn)。首先，該道工序需要使用大量的化學(xué)用品，人體的直接接觸會(huì)對(duì)人體的身體健康造成直接的影響。其次，本道工序操作流程復(fù)雜，錯(cuò)誤的操作會(huì)使得整個(gè)硅電池的生產(chǎn)線受阻，因此需要精度高且可靠的機(jī)械手來(lái)完成這道工序。而ABB機(jī)械手IRB120,其設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就在于敏捷、緊湊、輕量，同時(shí)，該型號(hào)機(jī)械手易于集成，便于清洗，精度高，是提升硅電池生產(chǎn)工藝的完美之選。
4總結(jié)
本文通過(guò)分析硅電池生成工藝流程的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)需要應(yīng)用機(jī)械手的工藝流程，并分析了ABB機(jī)械手IRB120的技術(shù)特點(diǎn)，得出，在硅電池工藝流程去磷硅玻璃工藝中，采用機(jī)械手控制技術(shù)將使得整個(gè)工藝的自動(dòng)化水平提高。同時(shí)，也提高了整個(gè)工藝的可靠性和生產(chǎn)人員的安全性。當(dāng)然，隨著機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也將更多地應(yīng)用于硅電池生成過(guò)程中的其他工藝流程中。
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