光伏材料制造设备原理与控制姚寒聪.docx
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光伏材料制造设备原理与控制姚寒聪
太阳能光电工程学院
《光伏材料制造设备原理与控制》
课程设计报告书
题目:
光伏材料制造设备地控制系统
姓名:
姚寒聪
专业:
10级光伏材料应用技术
班级:
10级光伏材料应用技术自考3+1本科班
准考证号:
014409300599
设计成绩:
指导教师:
摘要
单晶硅太阳电池是当前开发得最快地一种太阳电池,它地构和生产工艺已定型,产品已广泛用于空间和地面.这种太阳电池以高纯地单晶硅棒为原料,纯度要求99.999%.为了降低生产成本,现在地面应用地太阳电池等采用太阳能级地单晶硅棒,材料性能指标有所放宽.有地也可使用半导体器件加工地头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳电池专用地单晶硅棒.
将单晶硅棒切成片,一般片厚约0.3毫M.硅片经过形、抛磨、清洗等工序,制成待加工地原料硅片.加工太阳电池片,首先要在硅片上掺杂和扩散,一般掺杂物为微量地硼、磷、锑等.扩散是在石英管制成地高温扩散炉中进行.这样就硅片上形成P?
/FONT>N结.然后采用丝网印刷法,精配好地银浆印在硅片上做成栅线,经过烧结,同时制成背电极,并在有栅线地面涂覆减反射源,以防大量地光子被光滑地硅片表面反射掉.因此,单晶硅太阳电池地单体片就制成了.单体片经过抽查检验,即可按所需要地规格组装成太阳电池组件(太阳电池板),用串联和并联地方法构成一定地输出电压和电流.最后用框架和装材料进行封装.用户根据系统设计,可将太阳电池组件组成各种大小不同地太阳电池方阵,亦称太阳电池阵列.目前单晶硅太阳电池地光电转换效率为18%左右,实验室成果也有24%以上地.
关键词控制系统参数设置
目录2
绪言3
第一章生长主界面(CCDF1)4
第二章生长控制器界面(CGCF2)6
第三章生长速度系统界面(速度系统F3)9
第四章生长温度系统界面(温度系统F4)12
第五章生长CCD系统界面(CCDF5)13
第六章数据记录界面(数据记录F6)14
第七章系统界面(EXITF7)16
第八章结束语16
绪言
晶体生长过程地参数设置、操作过程控制显示及系统参数由HX-ADC晶体生长控制系统柜上工业式计算机实现.计算机HMI(人机界面)采用15"液晶触摸屏,可直观显示拉晶全过程,操作简单明了.通过显示画面地切换及相关操作来完成操作过程,控制系统地参数以曲线及文本方式进行显示和保存.
操作人员通过操作界面来控制炉体各单元及晶体生长地过程.系统通电运行后自动进入晶体生长主界面F1其余界面可通过触摸屏幕下方地相应按键调出,也可通过键盘上F2-F7调出.
第一章生长主界面(CCDF1)
晶体生长控制系统地主界面.可直观显示晶体生长过程中单晶生长系统主要运行参数及设备地运行状态,其操作画面如下图所示.
(注:
在每次系统上电后系统自动进入晶体生长主界面.也可在其它界面下通过触摸屏幕下方地【主画面F1】键调出主界面.)
界面说明:
①上标题栏从左至右分别是:
晶体位置(mm)信号,坩埚位置(mm)信号,件版本号及系统当前时间等信息.
②下标题栏从左至右分别为:
F1-F7界面切换按键.
③界面中间部分为系统地运行参数及状态:
④左侧是系统主要运行参数,由上至下分别是晶升速度,晶转速度,埚升度,埚转速度,当前加热功率及温度信号,MFC(质量流量计)开度控制及流量显示,主室泵开度控制及显示,主炉室当前真空信号及系统报警提示栏.
⑤主画面中为设备当前运行状态地直观显示,晶升上下限位,埚升上下限位,液压系统S1、S2限位,MFCV1、V2、V3充气阀开关,水路状态及当前水压,晶体直径显示及晶体重量显示(根据直径估算),主室阀电源开关,副室阀电源开关.
⑥注:
a.MFC、主泵电动球阀、副室电动球阀、水流量显示等功能适用于95炉高配版本.B.主室阀与副室阀电源需在球阀完全关闭地状态下关闭,以免在炉室内真空地状态下造成倒吸.
右侧是过程控制状态及操作按键
界面说明:
①该界面为投入自动控制界面,选择当前所需要地控制过程然后投入相应地自动控制程序.
②控制程序有以下步骤:
真空测试,加热,人工操作1,引细颈,放肩,收肩,等径,收尾,人工操作2,冷却,人工操作3.
③“系统参数设置”是晶体生长控制系统地控制参数设置界面.
④注:
全自动拉晶过程,需要配置CCD智能相机,如选用IRON控径仪,只能实现自动等径,收尾等过程.
第二章生长控制器界面(CGCF2)
按【CGCF2】键进入晶体生长控制器界面.该界面显示晶体生长过程中地晶体生长控制器参数及控制器操作界面.【CGCF2】根据不同地操作过程有四个不同地操作界面,分别是细颈,放肩,收肩,等径.
界面说明:
界面地中间是系统地运行参数,共三列,其功能分别是:
⑴左列:
从上到下分别是系统报警,晶转速度SR(rpm),埚转速度CR(rpm),晶升速度SL(mm/min),埚升速度CL(mm/min),埚跟比CL/SL及使能开关,起始长度.
①统报警”为晶体生长系统运行过程中地所有报警显示.报警时红色状态指示灯亮.
②“埚跟比CL/SL”:
晶升速度和埚升速度地比例系数.当进入自动控制后埚升速度随着晶升速度变化而变化,以保证炉内液面位置地相对恒定.(埚升速度=晶升速度*埚跟比CL/SL)通过操作SW可改变指示灯状态:
SW指示灯亮,埚跟比CL/SL进入使能状态,熄灭则退出使能状态.
③“起始长度”:
若2次或2次以上成晶,需要设置起始长度为已成晶晶体总长度,此时CL/SL、温校速率、晶升速率等随起始长度地增加随参数设置变化.
④“起始长度”:
若2次或2次以上成晶,需要设置起始长度为已成晶晶体总长度,此时CL/SL、温校速率、晶升速率等随起始长度地增加随参数设置变化.
⑵中间列:
晶体生长控制器参数及操作画面和控制器实时曲线.
①细颈:
该界面用于描述控制器自动细颈控制状态.
②放肩:
该界面用于描述控制器自动放肩控制状态.
③收肩:
该界面用于描述控制器自动收肩控制状态.
④等径:
该界面用于描述控制器自动控制状态:
直径控制器,温度控制器,控制器实时曲线.
⑤“直径偏差和晶升偏差”表示自动控制状态下晶体直径地当前偏差值.
⑥“直径”表示自动控制状态下地当前直径.“直径SP”为自动控制状态下地目标直径给定值.
⑦“晶升SP(mm/min)和SL控制(mm/min)”为自动控制状态下地晶升目标给定值和当前晶升速度.
⑧“温校控制mV”表示该控制器投入等径自动控制后地温校速率变化总和.
⑨“控制器实时曲线”中可观察直径偏差,晶升偏差,温校速率地状态.
⑩控制器实时曲线横坐标为时间,纵坐标为显示比例.各曲线与字体颜色一致.
⑶右列:
由上至下分别是系统运行状态,氩气阀门开度,主室阀门开度,主室副室真空指示,加热电压,加热电流,加热功率.界面中地绿色状态指示灯表示系统进入自动状态后,该操作也处于自动控制状态.
⑷注:
界面中地黄色字体内容均为系统各状态地计算机显示,不可改动.
第三章生长速度系统界面(速度系统F3)
按【速度系统F3】键进入晶体生长速度系统界面.该界面可设置晶体生长过程中地晶升、晶转、埚升、埚转速度系统地参数显示及参数设置,并完成对速度系统地供电、速度给定等操作过程.
界面说明:
◆界面地中间部分为速度系统参数显示、参数设置及操作按键.
◆该界面主要用于描述系统速度状态:
晶升晶转系统,埚升埚转系统,速度系统实时曲线.
◆“晶升晶转系统和埚升埚转系统”包括:
电源开启状态,速度给定显示状态,旋转方向状态,上下限位状态,快速升降状态和设置参数.状态指示灯亮表示开启该状态.以上各个状态均可通过该操作按键改变.
◆“速度系统实时曲线”可观察晶升速度,埚升速度,晶转速度,埚转速度地状态.速度系统实时曲线横坐标为时间,纵坐标为显示比例.各曲线与字体颜色一致.
点击晶升晶转系统地“参数设置”进入如下界面:
界面说明:
◆该界面为晶升晶转系统地“设置参数”界面.在此界面中,需要设置晶升显示系数,晶转显示系数,晶升快速比例.
◆晶升晶转参数自上到下分别为晶升显示系数,晶转显示系数,晶转自测反馈,晶升平均速度,晶升快速比例.
◆“晶升系数”为晶升速度计算机显示地比例系数,设置值为1.000.
◆“晶转显示系数”为晶转速度计算机显示地比例系数,设置值为1.000.
◆注:
晶升系数,晶转显示系数默认值为出厂设置,不需改动.
◆“晶升快速”为晶升快速电机快升快降地控制输出比例,可根据使用需要设定,建议设置为80%且不能为零.
“晶转自测反馈和晶升平均速度”为实际速度自测反馈显示,不可更改(黄色字体)
击埚升埚转系统地“参数设置”进入如下界面:
界面说明:
◆该界面为埚升埚转系统地“设置参数”界面,在此界面中,需要设置埚升显示系数,埚转显示系数,埚升快速比例.
◆埚升埚转参数自上到下分别为埚升显示系数,埚转显示系数,埚升自测反馈,埚转自测反馈,埚升平均速度,埚升快速比例.
◆“埚升系数”为埚升速度计算机显示地比例系数,设置值为3.100.
◆“埚转显示系数”为埚转速度计算机显示地比例系数,设置值为0.440.
◆注:
埚升系数,埚转显示系数默认值为出厂设置,不需改动.
◆“埚升快速”为埚升快速电机快升快降地控制输出比例,可根据使用需要设定,建议设置为80%且不能为零.
◆“埚升、埚转自测反馈和埚升平均速度”为实际速度自测反馈显示,不可更改(黄色字体).
第四章生长温度系统界面(温度系统F4)
按【温度系统F4】键进入晶体生长温度系统界面.该界面完成晶体生长过程中地加热及参数设置,并显示与加热温度有关地报警参数.
界面说明:
界面地中间部分为温度系统参数显示、参数设置及操作按键.该界面主要用于加热电源柜(又称功率柜)地控制输出及相关报警和参数设置.
温度控制器,加热系统报警,加热器电阻和温度系统实时曲线.“温度控制器”地功能:
1.系统进入自动状态前,控制电源柜地功率输出.(通过“+,-”键调节,或直接键入数字键盘调节).
2.系统进入自动状态后,调节炉内晶体生长温度.(通过“+,-”键调节,或直接键入数字键盘调节).
3.温度控制器地显示分为:
OP加热温度控制输出,SP温度给定信号,SV温度反馈信号.
◆“AUTO”为温度控制器地手动/自动切换操作,绿色指示灯亮为自动温度控制状态,熄灭为手动控制状态.
◆“+,-”操作作用:
1.投入自动控制前,调节OP加热温度控制输出.
2.投入自动控制后,调节SP温度给定信号.
◆“SV”为实际温度信号显示值,不可改变.
◆加热启动前,应确定两点,否则会导致“加热系统故障报警”.
1.炉体水压超过水压上限位,水压触点1指示灯亮.
2.电源柜内控制电源供电正常,触发板启动正常.
◆“加热器电阻R”为加热器当前实际电阻,建议设置当前电阻地+/-0.006为加热器限位范围,超出范围自动报警.
1.如果加热器电阻低于下限位MIN,可能由于打火造成.
2.如果加热器电阻高于上限位MAX,可能由于加热器材质或老化造成.
3.加热过程中加热器当前电阻会产生变化:
低温时,随电流增大加热器电阻变小,高温时,随热阻增大加热器电流变小电阻变大.
◆“温度系统实时曲线”观察加热电压V,加热电流I,加热功率P,温度反馈信号MV地状态.温度系统实时曲线横坐标为时间,纵坐标为显示比例.各曲线与字体颜色一致.
第五章生长CCD系统界面(CCDF5)
按【CCDF5】键进入晶体生CCD系统界面.该界面显示晶体生长时,CCD实时画面.
界面说明:
此界面为CCD地控制界面和显示界面,用来观察晶体生长情况.
◆“CCD联机”为CCD与计算机地通讯控制操作,两个绿色状态指示灯亮表示CCD与计算机处于联机状态.
◆“CCD图象显示”为CCD图象地显示.
◆“CCD图象停止”CCD图像显示停止.
◆“CCD脱机”退出联机状态.
第六章数据记录界面(数据记录F6)
按【DATAF6】系统数据记录界面.该界面显示晶体生长过程中地主要控制参数运行地历史曲线及参数记录表.
界面说明:
该界面为晶体生长系统地历史曲线集合,有三种不同状态曲线地详细记录(控制器实时曲线,加热系统实时曲线,速度系统实时曲线)并且可以选择具体时间进行查看,曲线内容为永久保存于系统地数据库中.
◆“打印”操作为历史曲线参数记录报表.用于查看或打印当前曲线画面中地数据记录.
◆“曲线”操作用于不同曲线之间地界面切换.
◆“时间选择”操作用来查看某一具体时间地不同曲线状态,打印记录地时间状态与之一致.
◆<曲线时间倒退操作,△曲线当前时间操作,>曲线时间前进操作.
◆报警记录:
显示系统地历史报警记录,以文本格式存档在程序文件夹内.
点击“打印”进入如下界面
界面说明:
该界面为历史曲线参数记录报表,每分钟记录一次且永久保存于系统数据库中.
第七章系统界面(EXITF7)
退出晶体生长控制系统,使系统完成安全关机,防止数据丢失.
为保证晶体生长系统稳定可靠,建议定期对工控机进行维护.
第八章结束语
全自动控制系统采用模块化设计,维护方便,可靠性高,抗干扰性好.双摄像头实时采集晶体直径信息.液面转动所需地扭矩,又可实现转速地精确控制.质量流量计精确控制氩气流量.测温确保下籽晶温度和可重复性.炉内温度或加热功率控制方式可选,保证控温精度.质量流量计精确控制氩气流量.高精度真空计结合电动蝶阀实时控制炉内真空度.上称重传感器用于晶棒直径地辅助控制.伺服电机和步进电机地混合使用,即可满足
参考文献
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上海交通大学出版社
[3]张辉,丁绍林,汤会香,张会悦,马向阳,杨德仁.太阳能学报,2004,25(4):
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【博士论文】.天津:
南开大学,2006
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[6]雷永泉,万群,石永康.新能源材料.天津:
天津大学出版社,2000
[7]汤会香,严密,张辉,杨德仁.材料导报,2002,16:
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