探讨ABB机械手的运用

探讨ABB机械手的运用

　　引言

　　随着机器人技术的快速发展，越来越多的机器人技术被应用到工业制造工艺中，如，ABB机械手、史陶比尔机械手等，都在工业生产和加工中发挥着重要的作用，尤其是在汽车制造行业，机械手的应用更为广泛[1-2].机械手的应用能够完成以往要多人，或涉及危险的生产中，辅助生产者完成大部分的体力劳动，也可以使用机械手来隔离生产者和危险化学物品，避免生产者直接接触对人体有害的化学物质。随着硅电池生产工艺的不断革新，机械手也逐渐地应用到硅电池的生产工艺中。本文分析了ABB机械手的技术特点，并结合硅电池的生成工艺流程，阐述了ABB机械手在硅电池生产工艺中的应用。

　　1硅电池片工艺流程

　　硅电池工艺流程主要分为：硅片检测、表面制绒、扩散制结、去磷硅玻璃、等离子刻蚀、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结。

　　硅片检测：作为太阳能电池片的载体，必须要严格地对硅片的质量进行检测，硅片质量的优劣直接影响太阳能电池片的工作效率和使用寿命。对于硅片的检测主要是通过在线检测的方法和对其工作参数进行统计和筛选。硅片的工作参数主要包括：硅片表面的平滑度、硅片的电阻率、硅片P/N型的完整性（是否存在裂纹）、材料运行寿命等。

　　表面制绒：太阳能电池板转换功率的直接影响因素是光的吸收效率，通过表面制绒的工艺能够利用硅片的各向异性腐蚀来在硅面上形成百万级的金字塔表面结构。这种结构能够使得太阳光线在硅片的表面多次反射和折射，增加硅片的受照面积，从而提高太阳能电池板的光能转换效率。

　　扩散制结：影响太阳能电池板的光能转换效率的另一个关键因素是PN节的面积，PN节的面积越大，其电流的载离子也就越多，转换电流也就越大。而扩散制结工艺就是为了扩大其PN节的工艺流程。扩散炉是这道工艺的主要设备，也是专门为扩散太阳能电池板PN节而设计的专用设备，其主要的扩散源是液态三氯氧磷。

　　去磷硅玻璃：该道工序主要是为了清除上一道扩散制结工艺过程中，在硅片上残留的扩散源和其化合物。该道工艺主要是将硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，在这个过程中POCl3与O2反应，在硅片的表面生成P2O5沉淀物。生成的P2O5沉淀物会与Si反应生成SiO2和磷原子[3].经过以上的化学反应，将在硅片的表面生成一层包含P元素和二氧化硅的硅磷玻璃。此道工序要与具有腐蚀性的化学药品接触，且工序较为复杂，对工艺的要求也较高，因此，这道工艺的科技水平较高，机械化水平也相对要高，也是机械臂的主要应用场合。这道工艺的主体设备主要由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成。在此道工序中会产生易挥发的四氟化硅气体和可溶性的络和物六氟硅酸，这些都是对人体有害的化学物体，因此，使用机械化设备有助于提高其工艺水平，提高生产质量和效率。

　　等离子刻蚀：在进行扩散制结的工艺过程中，采用的是背靠背的扩散方式，因此，在完成扩散工艺后不仅在硅片的表面留有扩散的磷元素，而且在硅片的边缘也会留有扩散的磷元素，如果不进行处理的话，在太阳能电池板吸收光能的过程中会使得PN节产生的电流会沿着硅片的边缘扩散，最终连接到PN结的背面从而会导致PN节的短路。因此，在对硅片完成以上的工艺后还需要对硅片边缘掺杂的硅进行刻蚀，去除硅片边缘的磷元素，避免造成PN节短路。

　　镀减反射膜：硅片被抛光以后其光滑表面的反射率是35%,太高的反射率会使得太阳能板的光电转换效率低下，因此需要对光滑的硅片表面进行粗糙化处理，工业中比较常用的是在光滑硅片的表面制备一层氮化硅从而减少光线的反射。在工业生产中最常用的方式是采用PECVD设备制备减反射膜。

　　丝网印刷：经过以上的工艺流程，硅片板已经能够在太阳下产生电流，但是还需要在太阳能电池板上制造一层电极来导出电流，丝网印刷是目前工业中应用最为广泛的太阳能电极生产工艺。

　　快速烧结：在经过丝网印刷以后的太阳能电池硅片，并不能直接使用，因为其表面还有一层有机树脂黏合剂。因此需要经过快速烧结，剔除电极上的有机树脂黏合剂，经过此道工艺将在电极两侧形成较为纯净的玻璃质，而且紧密结合在硅片上的银电极。

　　2IRB120机械手

　　IRB120是ABB机器人家族中体积较小的成员，它是ABB机器人家族中的第四代机器人。因为其体积小因此具有动作敏捷、结构紧凑，且较为轻便的特点，并且ABB将其控制精度和路径的准确度也作了很大的提升，因此，在工业制造中，IRB120是物料搬运与机械装配的理想选择。同时，也可应用到电子、食品生产和太阳能电池的制作工艺中。

　　3机械手在硅电池制作工艺中的应用

　　机械手的应用主要集中在去磷硅玻璃工艺中，其在生产工艺中的重要性和不可替代性使得机械手的优势得以体现。首先，该道工序需要使用大量的化学用品，人体的直接接触会对人体的身体健康造成直接的影响。其次，本道工序操作流程复杂，错误的操作会使得整个硅电池的生产线受阻，因此需要精度高且可靠的机械手来完成这道工序。而ABB机械手IRB120,其设计的出发点就在于敏捷、紧凑、轻量，同时，该型号机械手易于集成，便于清洗，精度高，是提升硅电池生产工艺的完美之选。

　　4总结

　　本文通过分析硅电池生成工艺流程的技术特点，总结需要应用机械手的工艺流程，并分析了ABB机械手IRB120的技术特点，得出，在硅电池工艺流程去磷硅玻璃工艺中，采用机械手控制技术将使得整个工艺的自动化水平提高。同时，也提高了整个工艺的可靠性和生产人员的安全性。当然，随着机械手技术的不断发展，机械手技术也将更多地应用于硅电池生成过程中的其他工艺流程中。

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