เซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์แบ่งออกเป็นซิลิคอนผลึกและซิลิคอนอะมอร์ฟัส ซึ่งเซลล์ซิลิคอนผลึกยังแบ่งออกได้อีกเป็นเซลล์โมโนคริสตัลไลน์และเซลล์โพลีคริสตัลไลน์ ประสิทธิภาพของซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์จะแตกต่างจากซิลิคอนผลึก

การจัดประเภท:

เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึกที่ใช้กันทั่วไปในประเทศจีนสามารถแบ่งได้ดังนี้:

ซิงเกิลคริสตัล 125*125

ซิงเกิลคริสตัล 156*156

โพลีคริสตัลไลน์ 156*156

ซิงเกิลคริสตัล 150*150

ซิงเกิลคริสตัล 103*103

โพลีคริสตัลไลน์ 125*125

กระบวนการผลิต:

กระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบ่งออกเป็น การตรวจสอบเวเฟอร์ซิลิกอน – การสร้างพื้นผิวและการดอง – รอยต่อการแพร่กระจาย – กระจกซิลิกอนเพื่อการลดฟอสฟอไรเซชัน – การกัดพลาสมาและการดอง – การเคลือบป้องกันแสงสะท้อน – การพิมพ์สกรีน – การเผาผนึกอย่างรวดเร็ว ฯลฯ โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

1. การตรวจสอบเวเฟอร์ซิลิกอน

ซิลิคอนเวเฟอร์เป็นตัวพาของเซลล์แสงอาทิตย์ และคุณภาพของซิลิคอนเวเฟอร์จะกำหนดประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์แสงอาทิตย์โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบซิลิคอนเวเฟอร์ที่เข้ามา กระบวนการนี้ใช้เป็นหลักในการวัดพารามิเตอร์ทางเทคนิคบางอย่างของซิลิคอนเวเฟอร์แบบออนไลน์ พารามิเตอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ได้แก่ ความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวซิลิคอน อายุการใช้งานของซิลิคอนเวเฟอร์ ความต้านทานไฟฟ้า ประเภท P/N และรอยแตกร้าวขนาดเล็ก เป็นต้น กลุ่มอุปกรณ์นี้แบ่งออกเป็นการโหลดและขนถ่ายอัตโนมัติ การถ่ายโอนซิลิคอนเวเฟอร์ ชิ้นส่วนการรวมระบบ และโมดูลตรวจจับสี่โมดูล ในจำนวนนี้ เครื่องตรวจจับซิลิคอนเวเฟอร์โฟโตวอลตาอิคตรวจจับความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวซิลิคอนเวเฟอร์ และตรวจจับพารามิเตอร์ลักษณะที่ปรากฏ เช่น ขนาดและเส้นทแยงมุมของซิลิคอนเวเฟอร์พร้อมกัน โมดูลตรวจจับรอยแตกร้าวขนาดเล็กใช้เพื่อตรวจจับรอยแตกร้าวขนาดเล็กภายในซิลิคอนเวเฟอร์ นอกจากนี้ยังมีโมดูลตรวจจับ 2 โมดูล โมดูลทดสอบออนไลน์โมดูลหนึ่งใช้สำหรับทดสอบความต้านทานไฟฟ้าจำนวนมากของเวเฟอร์ซิลิกอนและประเภทของเวเฟอร์ซิลิกอน และโมดูลอื่นใช้สำหรับตรวจจับอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยของเวเฟอร์ซิลิกอน ก่อนที่จะตรวจจับอายุการใช้งานและความต้านทานไฟฟ้าของพาหะส่วนน้อย จำเป็นต้องตรวจจับรอยแตกร้าวในแนวทแยงและไมโครของเวเฟอร์ซิลิกอน และกำจัดเวเฟอร์ซิลิกอนที่เสียหายโดยอัตโนมัติ อุปกรณ์ตรวจสอบเวเฟอร์ซิลิกอนสามารถโหลดและขนถ่ายเวเฟอร์โดยอัตโนมัติ และสามารถวางผลิตภัณฑ์ที่ไม่มีคุณสมบัติในตำแหน่งคงที่ จึงปรับปรุงความแม่นยำและประสิทธิภาพในการตรวจสอบ

2. พื้นผิวที่มีลวดลาย

การเตรียมพื้นผิวซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์คือการใช้การกัดแบบแอนไอโซทรอปิกของซิลิคอนเพื่อสร้างปิรามิดเตตระฮีดรัลนับล้านๆ อัน นั่นคือโครงสร้างปิรามิด บนพื้นผิวของซิลิคอนทุกตารางเซนติเมตร เนื่องจากการสะท้อนและการหักเหของแสงตกกระทบหลายครั้งบนพื้นผิว การดูดซับแสงจึงเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าลัดวงจรและประสิทธิภาพการแปลงของแบตเตอรี่ก็ได้รับการปรับปรุง สารละลายกัดแบบแอนไอโซทรอปิกของซิลิคอนมักจะเป็นสารละลายด่างร้อน ด่างที่มีอยู่ ได้แก่ โซเดียมไฮดรอกไซด์ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ลิเธียมไฮดรอกไซด์ และเอทิลีนไดอะมีน ซิลิคอนหนังกลับส่วนใหญ่เตรียมโดยใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เจือจางราคาไม่แพงที่มีความเข้มข้นประมาณ 1% และอุณหภูมิในการกัดคือ 70-85 °C เพื่อให้ได้หนังกลับที่สม่ำเสมอ ควรเติมแอลกอฮอล์ เช่น เอธานอลและไอโซโพรพานอลลงในสารละลายเป็นตัวก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนเพื่อเร่งการกัดกร่อนของซิลิคอน ก่อนที่จะเตรียมหนังกลับ เวเฟอร์ซิลิคอนจะต้องถูกกัดกร่อนพื้นผิวเบื้องต้น และกัดกร่อนด้วยสารละลายกัดกร่อนที่มีฤทธิ์เป็นด่างหรือกรดประมาณ 20-25 ไมโครเมตร หลังจากกัดกร่อนหนังกลับแล้ว จะต้องทำความสะอาดด้วยสารเคมีทั่วไป เวเฟอร์ซิลิคอนที่เตรียมไว้บนพื้นผิวไม่ควรเก็บไว้ในน้ำเป็นเวลานานเพื่อป้องกันการปนเปื้อน และควรกระจายให้เร็วที่สุด

3. ปมการแพร่กระจาย

เซลล์แสงอาทิตย์ต้องใช้รอยต่อ PN พื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อให้เกิดการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า และเตากระจายแสงเป็นอุปกรณ์พิเศษสำหรับการผลิตรอยต่อ PN ของเซลล์แสงอาทิตย์ เตากระจายแสงแบบท่อประกอบด้วยส่วนหลักสี่ส่วน ได้แก่ ส่วนบนและส่วนล่างของเรือควอตซ์ ห้องก๊าซไอเสีย ส่วนตัวเตา และส่วนตู้ก๊าซ โดยทั่วไปแล้ว การแพร่กระจายจะใช้แหล่งของเหลวฟอสฟอรัสออกซีคลอไรด์เป็นแหล่งการแพร่กระจาย ใส่เวเฟอร์ซิลิกอนชนิด P ลงในภาชนะควอตซ์ของเตากระจายแสงแบบท่อ และใช้ไนโตรเจนเพื่อนำฟอสฟอรัสออกซีคลอไรด์เข้าไปในภาชนะควอตซ์ที่อุณหภูมิสูง 850-900 องศาเซลเซียส ฟอสฟอรัสออกซีคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับเวเฟอร์ซิลิกอนเพื่อให้ได้อะตอมของฟอสฟอรัส หลังจากช่วงเวลาหนึ่ง อะตอมฟอสฟอรัสจะเข้าสู่ชั้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนจากทุกทิศทาง และแทรกซึมและแพร่กระจายเข้าไปในเวเฟอร์ซิลิกอนผ่านช่องว่างระหว่างอะตอมซิลิกอน ก่อให้เกิดอินเทอร์เฟซระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P หรือที่เรียกว่ารอยต่อ PN รอยต่อ PN ที่ผลิตขึ้นด้วยวิธีนี้มีความสม่ำเสมอดี ความไม่สม่ำเสมอของความต้านทานแผ่นน้อยกว่า 10% และอายุการใช้งานของตัวพาส่วนน้อยอาจมากกว่า 10 มิลลิวินาที การผลิตรอยต่อ PN เป็นกระบวนการพื้นฐานและสำคัญที่สุดในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากเป็นการสร้างรอยต่อ PN อิเล็กตรอนและโฮลจึงไม่กลับไปยังตำแหน่งเดิมหลังจากไหล จึงเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น และกระแสไฟฟ้าจะถูกดึงออกด้วยสายไฟซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

4. การดีฟอสโฟรีเลชั่นแก้วซิลิเกต

กระบวนการนี้ใช้ในกระบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ โดยการกัดด้วยสารเคมี แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนจะถูกจุ่มลงในสารละลายกรดไฮโดรฟลูออริกเพื่อผลิตปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่ละลายน้ำได้ที่เรียกว่ากรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิกเพื่อขจัดระบบการแพร่กระจาย ชั้นของแก้วฟอสโฟซิลิเกตจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนหลังจากจุดเชื่อมต่อ ระหว่างกระบวนการแพร่กระจาย POCL3 จะทำปฏิกิริยากับ O2 เพื่อสร้าง P2O5 ซึ่งจะถูกสะสมบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน P2O5 จะทำปฏิกิริยากับ Si เพื่อสร้างอะตอมของ SiO2 และฟอสฟอรัส ด้วยวิธีนี้ ชั้นของ SiO2 ที่มีธาตุฟอสฟอรัสจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน ซึ่งเรียกว่าแก้วฟอสโฟซิลิเกต อุปกรณ์สำหรับขจัดแก้วฟอสฟอรัสซิลิเกตโดยทั่วไปประกอบด้วยตัวเครื่องหลัก ถังทำความสะอาด ระบบขับเคลื่อนเซอร์โว แขนกล ระบบควบคุมไฟฟ้า และระบบจ่ายกรดอัตโนมัติ แหล่งพลังงานหลัก ได้แก่ กรดไฮโดรฟลูออริก ไนโตรเจน อากาศอัด น้ำบริสุทธิ์ ลมร้อน และน้ำเสีย กรดไฮโดรฟลูออริกละลายซิลิกาเนื่องจากกรดไฮโดรฟลูออริกทำปฏิกิริยากับซิลิกาเพื่อสร้างก๊าซซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ที่ระเหยได้ หากกรดไฮโดรฟลูออริกมีมากเกินไป ซิลิกอนเตตระฟลูออไรด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาจะทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรฟลูออริกต่อไปเพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่ละลายได้ คือ กรดเฮกซาฟลูออโรซิลิซิก

5. การกัดด้วยพลาสม่า

เนื่องจากในระหว่างกระบวนการแพร่กระจาย แม้ว่าจะใช้วิธีการแพร่กระจายแบบแบ็คทูแบ็คก็ตาม ฟอสฟอรัสจะแพร่กระจายไปทั่วทุกพื้นผิว รวมถึงขอบของเวเฟอร์ซิลิกอนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อิเล็กตรอนที่เกิดจากแสงที่รวบรวมไว้ที่ด้านหน้าของรอยต่อ PN จะไหลไปตามพื้นที่ขอบซึ่งฟอสฟอรัสแพร่กระจายไปที่ด้านหลังของรอยต่อ PN ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ดังนั้น ซิลิคอนที่ถูกเจือปนรอบๆ เซลล์แสงอาทิตย์จะต้องถูกกัดกร่อนเพื่อขจัดรอยต่อ PN ที่ขอบเซลล์ กระบวนการนี้มักจะทำโดยใช้เทคนิคการกัดด้วยพลาสมา การกัดด้วยพลาสมาอยู่ในสถานะความดันต่ำ โมเลกุลหลักของก๊าซ CF4 ที่มีปฏิกิริยาจะถูกกระตุ้นด้วยพลังงานความถี่วิทยุเพื่อสร้างไอออนไนเซชันและสร้างพลาสมา พลาสมาประกอบด้วยอิเล็กตรอนและไอออนที่มีประจุ ภายใต้แรงกระแทกของอิเล็กตรอน ก๊าซในห้องปฏิกิริยาสามารถดูดซับพลังงานและสร้างกลุ่มที่ใช้งานจำนวนมากได้ นอกเหนือจากจะถูกแปลงเป็นไอออน กลุ่มปฏิกิริยาที่ใช้งานอยู่จะไปถึงพื้นผิวของ SiO2 เนื่องมาจากการแพร่กระจายหรือภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ซึ่งจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการแกะสลัก และสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาระเหยที่แยกออกจากพื้นผิวของวัสดุที่ต้องการแกะสลัก และถูกสูบออกจากโพรงโดยระบบสุญญากาศ

6. การเคลือบสารป้องกันแสงสะท้อน

ความสามารถในการสะท้อนแสงของพื้นผิวซิลิกอนขัดเงาอยู่ที่ 35% เพื่อลดการสะท้อนแสงบนพื้นผิวและปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์ จำเป็นต้องเคลือบชั้นฟิล์มป้องกันการสะท้อนแสงซิลิกอนไนไตรด์ ในการผลิตทางอุตสาหกรรม มักใช้เครื่องมือ PECVD ในการเตรียมฟิล์มป้องกันการสะท้อนแสง PECVD คือการสะสมไอเคมีที่ปรับปรุงด้วยพลาสมา หลักการทางเทคนิคคือการใช้พลาสมาอุณหภูมิต่ำเป็นแหล่งพลังงาน ตัวอย่างจะถูกวางไว้บนแคโทดของการคายประจุเรืองแสงภายใต้แรงดันต่ำ การคายประจุเรืองแสงจะใช้เพื่อให้ความร้อนตัวอย่างจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ จากนั้นจึงใส่ก๊าซที่มีปฏิกิริยา SiH4 และ NH3 ในปริมาณที่เหมาะสม หลังจากปฏิกิริยาเคมีและปฏิกิริยาพลาสมาชุดหนึ่ง ฟิล์มโซลิดสเตต ซึ่งก็คือฟิล์มซิลิกอนไนไตรด์ จะถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของตัวอย่าง โดยทั่วไป ความหนาของฟิล์มที่สะสมโดยวิธีการสะสมไอเคมีที่ปรับปรุงด้วยพลาสมานี้คือประมาณ 70 นาโนเมตร ฟิล์มที่มีความหนาเท่านี้มีฟังก์ชันทางแสง การใช้หลักการรบกวนของฟิล์มบาง ทำให้การสะท้อนของแสงลดลงอย่างมาก กระแสไฟฟ้าลัดวงจรและเอาต์พุตของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างมาก และประสิทธิภาพยังได้รับการปรับปรุงอย่างมากอีกด้วย

7. การพิมพ์สกรีน

หลังจากที่เซลล์แสงอาทิตย์ผ่านกระบวนการสร้างพื้นผิว การแพร่กระจาย และ PECVD แล้ว ก็จะเกิดรอยต่อ PN ซึ่งสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าภายใต้แสงได้ เพื่อส่งออกกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น จำเป็นต้องสร้างอิเล็กโทรดบวกและลบบนพื้นผิวของแบตเตอรี่ มีหลายวิธีในการสร้างอิเล็กโทรด และการพิมพ์สกรีนเป็นกระบวนการผลิตที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการผลิตอิเล็กโทรดเซลล์แสงอาทิตย์ การพิมพ์สกรีนคือการพิมพ์ลวดลายที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบนพื้นผิวโดยใช้วิธีการปั๊มนูน อุปกรณ์ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ การพิมพ์ด้วยกาวเงิน-อลูมิเนียมที่ด้านหลังของแบตเตอรี่ การพิมพ์ด้วยกาวอลูมิเนียมที่ด้านหลังของแบตเตอรี่ และการพิมพ์ด้วยกาวเงินที่ด้านหน้าของแบตเตอรี่ หลักการทำงานคือ ใช้ตาข่ายของลวดลายหน้าจอเพื่อเจาะเข้าไปในสารละลาย ใช้แรงกดบางอย่างบนส่วนสารละลายของหน้าจอด้วยที่ขูด แล้วเลื่อนไปยังปลายอีกด้านหนึ่งของหน้าจอในเวลาเดียวกัน หมึกจะถูกบีบออกจากตาข่ายของส่วนกราฟิกลงบนพื้นผิวโดยไม้ปาดหมึกขณะที่มันเคลื่อนที่ เนื่องจากเอฟเฟกต์ความหนืดของแป้ง ทำให้การพิมพ์คงที่ภายในช่วงที่กำหนด และไม้ปาดหมึกจะสัมผัสเป็นเส้นตรงกับแผ่นพิมพ์สกรีนและวัสดุพิมพ์เสมอในระหว่างการพิมพ์ และเส้นสัมผัสจะเคลื่อนที่ไปตามการเคลื่อนตัวของไม้ปาดหมึกเพื่อให้การพิมพ์เสร็จสมบูรณ์

8. การเผาผนึกอย่างรวดเร็ว

ไม่สามารถใช้เวเฟอร์ซิลิกอนที่พิมพ์สกรีนได้โดยตรง ต้องเผาให้ร้อนอย่างรวดเร็วในเตาเผาเพื่อเผาสารยึดเกาะเรซินอินทรีย์ เหลือเพียงอิเล็กโทรดเงินบริสุทธิ์เกือบทั้งหมดที่เกาะติดกับเวเฟอร์ซิลิกอนอย่างแน่นหนาเนื่องจากการกระทำของแก้ว เมื่ออุณหภูมิของอิเล็กโทรดเงินและซิลิกอนผลึกถึงอุณหภูมิยูเทกติก อะตอมซิลิกอนผลึกจะรวมเข้ากับวัสดุอิเล็กโทรดเงินหลอมเหลวในสัดส่วนที่แน่นอน จึงสร้างการสัมผัสโอห์มิกของอิเล็กโทรดบนและล่าง และปรับปรุงแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดและปัจจัยการเติมของเซลล์ พารามิเตอร์ที่สำคัญคือการทำให้มีลักษณะความต้านทานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์

เตาเผาแบบเผาแบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ได้แก่ การเผาเบื้องต้น การเผาเบื้องต้น และการหล่อเย็น จุดประสงค์ของขั้นตอนการเผาเบื้องต้นคือการสลายและเผาสารยึดเกาะโพลีเมอร์ในสารละลาย และอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ในขั้นตอนนี้ ในขั้นตอนของการเผาเบื้องต้น ปฏิกิริยาทางกายภาพและเคมีต่างๆ จะเสร็จสมบูรณ์ในตัวเผาเบื้องต้นเพื่อสร้างโครงสร้างฟิล์มต้านทาน ทำให้ต้านทานได้อย่างแท้จริง อุณหภูมิจะถึงจุดสูงสุดในขั้นตอนนี้ ในขั้นตอนการทำให้เย็นและการทำให้เย็นลง กระจกจะถูกทำให้เย็นลง แข็งตัว และแข็งตัว เพื่อให้โครงสร้างฟิล์มต้านทานยึดติดกับพื้นผิวอย่างแน่นหนา

9. อุปกรณ์ต่อพ่วง

ในกระบวนการผลิตเซลล์ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ต่อพ่วง เช่น แหล่งจ่ายไฟ ไฟฟ้า น้ำประปา ระบบระบายน้ำ ระบบปรับอากาศ สุญญากาศ และไอน้ำพิเศษ อุปกรณ์ป้องกันอัคคีภัยและรักษาสิ่งแวดล้อมยังมีความสำคัญเป็นพิเศษเพื่อความปลอดภัยและการพัฒนาอย่างยั่งยืน สำหรับสายการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีกำลังการผลิต 50 เมกะวัตต์ต่อปี การใช้พลังงานของกระบวนการและอุปกรณ์พลังงานเพียงอย่างเดียวอยู่ที่ประมาณ 1,800 กิโลวัตต์ ปริมาณน้ำบริสุทธิ์ในกระบวนการอยู่ที่ประมาณ 15 ตันต่อชั่วโมง และข้อกำหนดคุณภาพน้ำเป็นไปตามมาตรฐานทางเทคนิค EW-1 ของน้ำเกรดอิเล็กทรอนิกส์ของจีน GB/T11446.1-1997 ปริมาณน้ำหล่อเย็นในกระบวนการอยู่ที่ประมาณ 15 ตันต่อชั่วโมง ขนาดอนุภาคในคุณภาพน้ำไม่ควรเกิน 10 ไมครอน และอุณหภูมิน้ำประปาควรอยู่ที่ 15-20 องศาเซลเซียส ปริมาตรไอเสียสุญญากาศอยู่ที่ประมาณ 300M3/ชม. ในเวลาเดียวกัน ยังต้องใช้ถังเก็บไนโตรเจนประมาณ 20 ลูกบาศก์เมตรและถังเก็บออกซิเจน 10 ลูกบาศก์เมตร เมื่อคำนึงถึงปัจจัยด้านความปลอดภัยของก๊าซพิเศษ เช่น ไซเลน จึงจำเป็นต้องจัดตั้งห้องก๊าซพิเศษเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยในการผลิตอย่างแน่นอน นอกจากนี้ หอคอยเผาไหม้ไซเลนและสถานีบำบัดน้ำเสียยังเป็นสิ่งอำนวยความสะดวกที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซลล์อีกด้วย