Solceller

Solceller opdeles i krystallinsk silicium og amorft silicium, blandt hvilke krystallinske siliciumceller yderligere kan opdeles i monokrystallinske celler og polykrystallinske celler;effektiviteten af ​​monokrystallinsk silicium er forskellig fra effektiviteten af ​​krystallinsk silicium.

Klassifikation:

De almindeligt anvendte solkrystallinske siliciumceller i Kina kan opdeles i:

Enkelt krystal 125*125

Enkelt krystal 156*156

Polykrystallinsk 156*156

Enkelt krystal 150*150

Enkelt krystal 103*103

Polykrystallinsk 125*125

Fremstillingsproces:

Produktionsprocessen af ​​solceller er opdelt i siliciumwaferinspektion – overfladeteksturering og bejdsning – diffusionsforbindelse – defosforisering siliciumglas – plasmaætsning og bejdsning – antirefleksbelægning – serigrafi – Hurtig sintring osv. Detaljerne er som følger:

1. Inspektion af siliciumwafer

Siliciumwafers er bærere af solceller, og kvaliteten af ​​siliciumwafers bestemmer direkte solcellernes konverteringseffektivitet.Derfor er det nødvendigt at inspicere indgående siliciumwafers.Denne proces bruges hovedsageligt til online måling af nogle tekniske parametre for siliciumwafere, disse parametre omfatter hovedsageligt waferoverfladeujævnheder, minoritetsbærerlevetid, resistivitet, P/N-type og mikrorevner osv. Denne gruppe af udstyr er opdelt i automatisk i- og aflæsning. , silicium wafer transfer, systemintegrationsdel og fire detektionsmoduler.Blandt dem detekterer den fotovoltaiske siliciumwafer-detektor ujævnheden af ​​overfladen af ​​siliciumwaferen og detekterer samtidig udseendeparametrene såsom størrelsen og diagonalen af ​​siliciumwaferen;mikrorevnedetekteringsmodulet bruges til at detektere de interne mikrorevner i siliciumwaferen;derudover er der to detektionsmoduler, et af onlinetestmodulerne bruges hovedsageligt til at teste bulk-resistiviteten af ​​siliciumwafers og typen af ​​siliciumwafers, og det andet modul bruges til at detektere minoritetsbærerens levetid for siliciumwafers.Før detektering af minoritetsbærerens levetid og resistivitet, er det nødvendigt at detektere diagonalerne og mikrorevnerne på siliciumwaferen og automatisk fjerne den beskadigede siliciumwafer.Inspektionsudstyr til silicium wafers kan automatisk indlæse og losse wafers og kan placere ukvalificerede produkter i en fast position og derved forbedre inspektionsnøjagtigheden og effektiviteten.

2. Overfladetekstureret

Forberedelsen af ​​monokrystallinsk siliciumtekstur er at bruge den anisotropiske ætsning af silicium til at danne millioner af tetraedriske pyramider, det vil sige pyramidestrukturer, på overfladen af ​​hver kvadratcentimeter silicium.På grund af den multiple refleksion og brydning af indfaldende lys på overfladen øges absorptionen af ​​lys, og batteriets kortslutningsstrøm og konverteringseffektivitet forbedres.Den anisotrope ætseopløsning af silicium er normalt en varm alkalisk opløsning.De tilgængelige alkalier er natriumhydroxid, kaliumhydroxid, lithiumhydroxid og ethylendiamin.Det meste af ruskindssiliciumet fremstilles ved at bruge en billig fortyndet opløsning af natriumhydroxid med en koncentration på ca. 1 %, og ætsningstemperaturen er 70-85 °C.For at opnå et ensartet ruskind bør alkoholer som ethanol og isopropanol også tilsættes til opløsningen som kompleksdannende midler for at fremskynde korrosion af silicium.Inden ruskindet klargøres, skal siliciumwaferen underkastes foreløbig overfladeætsning, og ca. 20-25 μm ætses med en alkalisk eller sur ætseopløsning.Efter at ruskindet er ætset, udføres generel kemisk rensning.De overfladeforberedte siliciumwafers bør ikke opbevares i vand i længere tid for at forhindre kontaminering, og bør spredes hurtigst muligt.

3. Diffusionsknude

Solceller har brug for et stort PN-kryds for at realisere omdannelsen af ​​lysenergi til elektrisk energi, og en diffusionsovn er et særligt udstyr til fremstilling af solcellers PN-kryds.Den rørformede diffusionsovn består hovedsageligt af fire dele: den øvre og nedre del af kvartsbåden, udstødningsgaskammeret, ovnens kropsdel ​​og gasskabsdelen.Diffusion bruger generelt phosphoroxychlorid flydende kilde som diffusionskilde.Sæt P-type siliciumwaferen i kvartsbeholderen i den rørformede diffusionsovn, og brug nitrogen til at bringe phosphoroxychlorid ind i kvartsbeholderen ved en høj temperatur på 850-900 grader Celsius.Phosphoroxychloridet reagerer med siliciumwaferen for at opnå phosphor.atom.Efter et vist tidsrum kommer fosforatomer ind i overfladelaget på siliciumwaferen hele vejen rundt og trænger ind og diffunderer ind i siliciumwaferen gennem hullerne mellem siliciumatomerne og danner grænsefladen mellem N-type halvlederen og P- type halvleder, det vil sige PN-krydset.PN-forbindelsen fremstillet ved denne metode har god ensartethed, uensartetheden af ​​plademodstanden er mindre end 10%, og minoritetsbærerens levetid kan være større end 10ms.Fremstilling af PN-junction er den mest grundlæggende og kritiske proces i solcelleproduktion.Fordi det er dannelsen af ​​PN-krydset, vender elektronerne og hullerne ikke tilbage til deres oprindelige steder efter at have strømmet, så der dannes en strøm, og strømmen trækkes ud af en ledning, som er jævnstrøm.

4. Dephosphoryleringssilikatglas

Denne proces bruges i produktionsprocessen af ​​solceller.Ved kemisk ætsning nedsænkes siliciumwaferen i en flussyreopløsning for at frembringe en kemisk reaktion for at generere en opløselig kompleks hexafluorkiselsyre for at fjerne diffusionssystemet.Et lag af phosphosilikatglas dannet på overfladen af ​​siliciumwaferen efter krydset.Under diffusionsprocessen reagerer POCL3 med O2 for at danne P2O5, som aflejres på overfladen af ​​siliciumwaferen.P2O5 reagerer med Si for at danne SiO2 og fosfor atomer, På denne måde dannes et lag af SiO2 indeholdende fosfor elementer på overfladen af ​​silicium waferen, som kaldes phosphosilikatglas.Udstyret til fjernelse af fosforsilikatglas består generelt af hoveddelen, rensetanken, servodrivsystemet, mekanisk arm, elektrisk kontrolsystem og automatisk syrefordelingssystem.De vigtigste strømkilder er flussyre, nitrogen, trykluft, rent vand, varmeudstødningsvind og spildevand.Flussyre opløser silica, fordi flussyre reagerer med silica for at generere flygtig siliciumtetrafluoridgas.Hvis flussyren er for høj, vil siliciumtetrafluorid produceret ved reaktionen reagere yderligere med flussyren til dannelse af et opløseligt kompleks, hexafluorkiselsyre.

5. Plasmaætsning

Da der under diffusionsprocessen, selv hvis ryg-til-ryg diffusion er vedtaget, vil fosfor uundgåeligt blive diffunderet på alle overflader inklusive kanter af siliciumwaferen.Fotogenererede elektroner opsamlet på forsiden af ​​PN-krydset vil strømme langs kantområdet, hvor fosfor diffunderer til bagsiden af ​​PN-krydset, hvilket forårsager en kortslutning.Derfor skal det dopede silicium omkring solcellen ætses for at fjerne PN-krydset ved cellekanten.Denne proces udføres normalt ved hjælp af plasmaætsningsteknikker.Plasmaætsning er i lavtrykstilstand, modermolekylerne af den reaktive gas CF4 exciteres af radiofrekvensenergi til at generere ionisering og danne plasma.Plasma er sammensat af ladede elektroner og ioner.Under påvirkning af elektroner kan gassen i reaktionskammeret optage energi og danne et stort antal aktive grupper udover at blive omdannet til ioner.De aktive reaktive grupper når overfladen af ​​SiO2 på grund af diffusion eller under påvirkning af et elektrisk felt, hvor de reagerer kemisk med overfladen af ​​det materiale, der skal ætses, og danner flygtige reaktionsprodukter, der skiller sig fra overfladen af ​​det materiale, der skal ætses. ætset, og pumpes ud af hulrummet af vakuumsystemet.

6. Antirefleksbelægning

Refleksionsevnen af ​​den polerede siliciumoverflade er 35%.For at reducere overfladerefleksionen og forbedre cellens konverteringseffektivitet er det nødvendigt at afsætte et lag af siliciumnitrid antirefleksfilm.I industriel produktion bruges PECVD-udstyr ofte til at fremstille antirefleksfilm.PECVD er plasmaforstærket kemisk dampaflejring.Dets tekniske princip er at bruge lavtemperaturplasma som energikilde, prøven placeres på katoden af ​​glødeudladningen under lavt tryk, glødeudladningen bruges til at opvarme prøven til en forudbestemt temperatur, og derefter en passende mængde reaktive gasser SiH4 og NH3 indføres.Efter en række kemiske reaktioner og plasmareaktioner dannes en faststoffilm, det vil sige en siliciumnitridfilm, på overfladen af ​​prøven.Generelt er tykkelsen af ​​filmen aflejret ved denne plasma-forstærkede kemiske dampaflejringsmetode ca. 70 nm.Film af denne tykkelse har optisk funktionalitet.Ved hjælp af princippet om tyndfilmsinterferens kan lysreflektionen reduceres kraftigt, kortslutningsstrømmen og batteriets output øges kraftigt, og effektiviteten er også væsentligt forbedret.

7. serigrafi

Efter at solcellen har gennemgået processerne med teksturering, diffusion og PECVD, er der dannet et PN-kryds, som kan generere strøm under belysning.For at eksportere den genererede strøm er det nødvendigt at lave positive og negative elektroder på batteriets overflade.Der er mange måder at lave elektroder på, og serigrafi er den mest almindelige produktionsproces til fremstilling af solcelleelektroder.Serigrafi er at trykke et forudbestemt mønster på substratet ved hjælp af prægning.Udstyret består af tre dele: sølv-aluminium-pasta-print på bagsiden af ​​batteriet, aluminium-paste-print på bagsiden af ​​batteriet og sølv-paste-print på forsiden af ​​batteriet.Dens arbejdsprincip er: brug masken i skærmmønsteret til at trænge ind i gyllen, påfør et vist tryk på gylledelen af ​​skærmen med en skraber, og bevæg dig mod den anden ende af skærmen på samme tid.Blækket presses fra masken af ​​den grafiske del på substratet af gummiskraberen, mens den bevæger sig.På grund af pastaens tyktflydende effekt er aftrykket fikseret inden for et bestemt område, og gummiskraberen er altid i lineær kontakt med silketrykpladen og underlaget under udskrivning, og kontaktlinjen bevæger sig med gummiskraberens bevægelse for at fuldføre trykslaget.

8. hurtig sintring

Den screentrykte siliciumwafer kan ikke bruges direkte.Det skal hurtigt sintres i en sintringsovn for at brænde det organiske harpiksbindemiddel af, hvilket efterlader næsten rene sølvelektroder, der er tæt klæbet til siliciumwaferen på grund af glassets virkning.Når temperaturen på sølvelektroden og det krystallinske silicium når den eutektiske temperatur, integreres de krystallinske siliciumatomer i det smeltede sølvelektrodemateriale i et vist forhold, hvorved de danner den ohmske kontakt mellem de øvre og nedre elektroder og forbedrer det åbne kredsløb. spænding og fyldningsfaktor for cellen.Nøgleparameteren er at få den til at have modstandskarakteristika for at forbedre cellens konverteringseffektivitet.

Sintringsovnen er opdelt i tre trin: forsintring, sintring og afkøling.Formålet med forsintringstrinnet er at nedbryde og brænde polymerbindemidlet i gyllen, og temperaturen stiger langsomt på dette trin;i sintringsstadiet fuldføres forskellige fysiske og kemiske reaktioner i det sintrede legeme for at danne en resistiv filmstruktur, hvilket gør den virkelig resistiv., temperaturen når et højdepunkt i dette trin;i afkølings- og afkølingsstadiet afkøles, hærdes og størkner glasset, således at den modstandsdygtige filmstruktur er fast klæbet til underlaget.

9. Periferiudstyr

I processen med celleproduktion kræves der også perifere faciliteter såsom strømforsyning, strøm, vandforsyning, dræning, HVAC, vakuum og speciel damp.Brandbeskyttelse og miljøbeskyttelsesudstyr er også særligt vigtigt for at sikre sikkerhed og bæredygtig udvikling.For en solcelleproduktionslinje med en årlig effekt på 50MW er strømforbruget af proces- og strømudstyret alene omkring 1800KW.Mængden af ​​procesrent vand er omkring 15 tons i timen, og vandkvalitetskravene opfylder den tekniske standard EW-1 for Kinas elektroniske vand GB/T11446.1-1997.Mængden af ​​proceskølevand er også omkring 15 tons i timen, partikelstørrelsen i vandkvaliteten bør ikke være større end 10 mikron, og vandforsyningstemperaturen bør være 15-20 °C.Vakuumudstødningsvolumenet er omkring 300M3/H.Samtidig kræves der også omkring 20 kubikmeter kvælstoflagertanke og 10 kubikmeter oxygenlagertanke.Under hensyntagen til sikkerhedsfaktorerne for specielle gasser såsom silan, er det også nødvendigt at oprette et specielt gasrum for absolut at sikre produktionssikkerheden.Derudover er silanforbrændingstårne ​​og spildevandsrensningsanlæg også nødvendige faciliteter til celleproduktion.