Tế bào năng lượng mặt trời

Pin mặt trời được chia thành silic tinh thể và silic vô định hình, trong đó silic tinh thể có thể được chia thành silic đơn tinh thể và silic đa tinh thể; hiệu suất của silic đơn tinh thể khác với silic tinh thể.

Phân loại:

Các loại pin mặt trời silicon tinh thể thường được sử dụng ở Trung Quốc có thể được chia thành:

Tinh thể đơn 125*125

Tinh thể đơn 156*156

Đa tinh thể 156*156

Tinh thể đơn 150*150

Tinh thể đơn 103*103

Đa tinh thể 125*125

Quy trình sản xuất:

Quy trình sản xuất pin mặt trời được chia thành kiểm tra wafer silicon – kết cấu bề mặt và ngâm chua – tiếp giáp khuếch tán – khử phốt pho thủy tinh silicon – khắc plasma và ngâm chua – phủ chống phản xạ – in lưới – thiêu kết nhanh, v.v. Chi tiết như sau:

1. Kiểm tra wafer silicon

Tấm wafer silicon là vật mang của tế bào quang điện, và chất lượng của tấm wafer silicon quyết định trực tiếp đến hiệu suất chuyển đổi của tế bào quang điện. Do đó, cần phải kiểm tra các tấm wafer silicon đầu vào. Quá trình này chủ yếu được sử dụng để đo trực tuyến một số thông số kỹ thuật của tấm wafer silicon, các thông số này chủ yếu bao gồm độ không đồng đều của bề mặt wafer, tuổi thọ của các hạt mang điện thiểu số, điện trở suất, loại P/N và các vết nứt nhỏ, v.v. Nhóm thiết bị này được chia thành tải và dỡ tự động, chuyển wafer silicon, bộ phận tích hợp hệ thống và bốn mô-đun phát hiện. Trong số đó, máy dò wafer silicon quang điện phát hiện độ không đồng đều của bề mặt wafer silicon và đồng thời phát hiện các thông số về ngoại hình như kích thước và đường chéo của wafer silicon; mô-đun phát hiện vết nứt nhỏ được sử dụng để phát hiện các vết nứt nhỏ bên trong của wafer silicon; ngoài ra, còn có hai mô-đun phát hiện, một trong các mô-đun kiểm tra trực tuyến chủ yếu được sử dụng để kiểm tra điện trở suất khối của wafer silicon và loại wafer silicon, và mô-đun còn lại được sử dụng để phát hiện tuổi thọ của các hạt mang điện thiểu số của wafer silicon. Trước khi phát hiện tuổi thọ và điện trở suất của hạt mang điện thiểu số, cần phát hiện các vết nứt chéo và vết nứt nhỏ của wafer silicon, tự động loại bỏ wafer silicon bị hỏng. Thiết bị kiểm tra wafer silicon có thể tự động nạp và tháo wafer, có thể đặt các sản phẩm không đạt tiêu chuẩn vào vị trí cố định, do đó nâng cao độ chính xác và hiệu quả kiểm tra.

2. Bề mặt có kết cấu

Chuẩn bị kết cấu silicon đơn tinh thể là sử dụng phương pháp khắc dị hướng của silicon để tạo thành hàng triệu kim tự tháp tứ diện, tức là cấu trúc kim tự tháp, trên bề mặt của mỗi centimet vuông silicon. Do sự phản xạ và khúc xạ nhiều lần của ánh sáng tới trên bề mặt, khả năng hấp thụ ánh sáng tăng lên, dòng điện ngắn mạch và hiệu suất chuyển đổi của pin được cải thiện. Dung dịch khắc dị hướng của silicon thường là dung dịch kiềm nóng. Các chất kiềm có sẵn là natri hydroxit, kali hydroxit, liti hydroxit và ethylenediamine. Hầu hết silicon da lộn được chuẩn bị bằng cách sử dụng dung dịch natri hydroxit loãng không đắt tiền có nồng độ khoảng 1% và nhiệt độ khắc là 70-85 °C. Để thu được da lộn đồng nhất, các loại rượu như etanol và isopropanol cũng nên được thêm vào dung dịch như tác nhân tạo phức để đẩy nhanh quá trình ăn mòn silicon. Trước khi chuẩn bị da lộn, phải tiến hành khắc bề mặt sơ bộ tấm silicon, và khắc khoảng 20-25 μm bằng dung dịch khắc kiềm hoặc axit. Sau khi khắc da lộn, tiến hành vệ sinh hóa học nói chung. Tấm silicon đã chuẩn bị bề mặt không được lưu trữ trong nước trong thời gian dài để tránh ô nhiễm, và phải được khuếch tán càng sớm càng tốt.

3. Nút khuếch tán

Pin mặt trời cần một mối nối PN diện tích lớn để thực hiện chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện và lò khuếch tán là thiết bị đặc biệt để sản xuất mối nối PN của pin mặt trời. Lò khuếch tán hình ống chủ yếu bao gồm bốn phần: phần trên và phần dưới của thuyền thạch anh, buồng khí thải, phần thân lò và phần tủ khí. Sự khuếch tán thường sử dụng nguồn chất lỏng oxyclorua phốt pho làm nguồn khuếch tán. Đặt tấm silicon loại P vào bình chứa thạch anh của lò khuếch tán hình ống và sử dụng nitơ để đưa oxyclorua phốt pho vào bình chứa thạch anh ở nhiệt độ cao 850-900 độ C. Oxyclorua phốt pho phản ứng với tấm silicon để thu được nguyên tử phốt pho. Sau một khoảng thời gian nhất định, các nguyên tử phốt pho xâm nhập vào lớp bề mặt của tấm silicon từ khắp nơi và thâm nhập và khuếch tán vào tấm silicon thông qua các khoảng trống giữa các nguyên tử silicon, tạo thành giao diện giữa chất bán dẫn loại N và chất bán dẫn loại P, tức là mối nối PN. Tiếp giáp PN được sản xuất theo phương pháp này có độ đồng đều tốt, độ không đồng đều của điện trở tấm nhỏ hơn 10% và tuổi thọ của hạt tải điện thiểu số có thể lớn hơn 10ms. Chế tạo tiếp giáp PN là quá trình cơ bản và quan trọng nhất trong sản xuất pin mặt trời. Bởi vì đó là sự hình thành tiếp giáp PN, các electron và lỗ trống không trở về vị trí ban đầu của chúng sau khi chảy, do đó tạo thành dòng điện và dòng điện được kéo ra bằng dây dẫn, đó là dòng điện một chiều.

4. Thủy tinh silicat khử phosphoryl hóa

Quá trình này được sử dụng trong quá trình sản xuất pin mặt trời. Bằng cách khắc hóa học, tấm silicon được nhúng vào dung dịch axit hydrofluoric để tạo ra phản ứng hóa học tạo ra hợp chất phức hợp hòa tan axit hexafluorosilicic để loại bỏ hệ thống khuếch tán. Một lớp thủy tinh phosphosilicate được hình thành trên bề mặt của tấm silicon sau khi tiếp giáp. Trong quá trình khuếch tán, POCL3 phản ứng với O2 tạo thành P2O5 được lắng đọng trên bề mặt của tấm silicon. P2O5 phản ứng với Si tạo ra SiO2 và các nguyên tử phốt pho, Theo cách này, một lớp SiO2 chứa các nguyên tố phốt pho được hình thành trên bề mặt của tấm silicon, được gọi là thủy tinh phosphosilicate. Thiết bị loại bỏ thủy tinh silicat phốt pho thường bao gồm thân chính, bể rửa, hệ thống truyền động servo, cánh tay cơ khí, hệ thống điều khiển điện và hệ thống phân phối axit tự động. Các nguồn năng lượng chính là axit hydrofluoric, nitơ, khí nén, nước tinh khiết, gió thải nhiệt và nước thải. Axit flohydric hòa tan silica vì axit flohydric phản ứng với silica để tạo ra khí silic tetrafluoride dễ bay hơi. Nếu axit flohydric quá nhiều, silic tetrafluoride tạo ra bởi phản ứng sẽ tiếp tục phản ứng với axit flohydric để tạo thành phức chất hòa tan, axit hexafluorosilicic.

5. Khắc plasma

Vì trong quá trình khuếch tán, ngay cả khi khuếch tán ngược, phốt pho chắc chắn sẽ khuếch tán trên tất cả các bề mặt bao gồm các cạnh của tấm wafer silicon. Các electron quang sinh được thu thập ở mặt trước của mối nối PN sẽ chảy dọc theo vùng cạnh, nơi phốt pho được khuếch tán đến mặt sau của mối nối PN, gây ra hiện tượng đoản mạch. Do đó, silicon pha tạp xung quanh pin mặt trời phải được khắc để loại bỏ mối nối PN ở cạnh pin. Quá trình này thường được thực hiện bằng kỹ thuật khắc plasma. Khắc plasma ở trạng thái áp suất thấp, các phân tử mẹ của khí phản ứng CF4 được kích thích bằng năng lượng tần số vô tuyến để tạo ra sự ion hóa và hình thành plasma. Plasma bao gồm các electron tích điện và các ion. Dưới tác động của các electron, khí trong buồng phản ứng có thể hấp thụ năng lượng và hình thành một số lượng lớn các nhóm hoạt động ngoài việc được chuyển đổi thành các ion. Các nhóm phản ứng hoạt động tiếp cận bề mặt SiO2 do sự khuếch tán hoặc dưới tác động của trường điện, tại đó chúng phản ứng hóa học với bề mặt vật liệu cần khắc và tạo thành các sản phẩm phản ứng dễ bay hơi tách khỏi bề mặt vật liệu cần khắc và được hệ thống chân không bơm ra khỏi khoang.

6. Lớp phủ chống phản xạ

Độ phản xạ của bề mặt silicon được đánh bóng là 35%. Để giảm phản xạ bề mặt và cải thiện hiệu suất chuyển đổi của pin, cần phải lắng đọng một lớp màng chống phản xạ silicon nitride. Trong sản xuất công nghiệp, thiết bị PECVD thường được sử dụng để chế tạo màng chống phản xạ. PECVD là lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma. Nguyên lý kỹ thuật của nó là sử dụng plasma nhiệt độ thấp làm nguồn năng lượng, mẫu được đặt trên cực âm của quá trình phóng điện phát sáng dưới áp suất thấp, quá trình phóng điện phát sáng được sử dụng để làm nóng mẫu đến nhiệt độ được xác định trước, sau đó đưa vào một lượng khí phản ứng thích hợp SiH4 và NH3. Sau một loạt các phản ứng hóa học và phản ứng plasma, một màng trạng thái rắn, tức là màng silicon nitride, được hình thành trên bề mặt của mẫu. Nhìn chung, độ dày của màng được lắng đọng bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma này là khoảng 70 nm. Các màng có độ dày này có chức năng quang học. Sử dụng nguyên lý giao thoa màng mỏng, sự phản xạ ánh sáng có thể giảm đáng kể, dòng điện ngắn mạch và đầu ra của pin được tăng lên đáng kể, hiệu suất cũng được cải thiện đáng kể.

7. in lưới

Sau khi pin mặt trời trải qua các quá trình tạo kết cấu, khuếch tán và PECVD, một mối nối PN đã được hình thành, có thể tạo ra dòng điện dưới sự chiếu sáng. Để xuất dòng điện được tạo ra, cần phải tạo các điện cực dương và âm trên bề mặt pin. Có nhiều cách để tạo ra điện cực và in lưới là quy trình sản xuất phổ biến nhất để tạo ra điện cực pin mặt trời. In lưới là in một mẫu được xác định trước trên chất nền bằng cách dập nổi. Thiết bị bao gồm ba phần: in bột nhão bạc-nhôm ở mặt sau của pin, in bột nhão nhôm ở mặt sau của pin và in bột nhão bạc ở mặt trước của pin. Nguyên lý hoạt động của nó là: sử dụng lưới của mẫu lưới để xuyên qua bùn, tạo một áp lực nhất định lên phần bùn của lưới bằng một dụng cụ cạo và di chuyển về phía đầu kia của lưới cùng một lúc. Mực được ép từ lưới của phần đồ họa lên chất nền bằng gạt mực khi nó di chuyển. Do tác dụng nhớt của keo dán, dấu in được cố định trong một phạm vi nhất định và gạt mực luôn tiếp xúc tuyến tính với tấm in lụa và vật liệu in trong quá trình in, đường tiếp xúc di chuyển theo chuyển động của gạt mực để hoàn thành hành trình in.

8. thiêu kết nhanh

Tấm silicon in lưới không thể sử dụng trực tiếp. Nó cần được thiêu kết nhanh trong lò thiêu kết để đốt cháy chất kết dính nhựa hữu cơ, để lại các điện cực bạc gần như nguyên chất bám chặt vào tấm silicon do tác động của thủy tinh. Khi nhiệt độ của điện cực bạc và silicon tinh thể đạt đến nhiệt độ eutectic, các nguyên tử silicon tinh thể được tích hợp vào vật liệu điện cực bạc nóng chảy theo một tỷ lệ nhất định, do đó hình thành tiếp xúc ômi của điện cực trên và dưới, đồng thời cải thiện điện áp mạch hở và hệ số lấp đầy của cell. Thông số chính là làm cho nó có đặc tính điện trở để cải thiện hiệu suất chuyển đổi của cell.

Lò thiêu kết được chia thành ba giai đoạn: tiền thiêu kết, thiêu kết và làm mát. Mục đích của giai đoạn tiền thiêu kết là phân hủy và đốt cháy chất kết dính polyme trong bùn, và nhiệt độ tăng chậm ở giai đoạn này; trong giai đoạn thiêu kết, các phản ứng vật lý và hóa học khác nhau được hoàn thành trong thân thiêu kết để hình thành cấu trúc màng điện trở, khiến nó thực sự trở thành điện trở. , nhiệt độ đạt đến đỉnh điểm trong giai đoạn này; trong giai đoạn làm mát và làm mát, thủy tinh được làm mát, cứng lại và đông đặc, để cấu trúc màng điện trở được bám dính cố định vào chất nền.

9. Thiết bị ngoại vi

Trong quá trình sản xuất pin, cũng cần có các cơ sở ngoại vi như cung cấp điện, điện, cấp nước, thoát nước, HVAC, chân không và hơi nước chuyên dụng. Thiết bị phòng cháy chữa cháy và bảo vệ môi trường cũng đặc biệt quan trọng để đảm bảo an toàn và phát triển bền vững. Đối với dây chuyền sản xuất pin mặt trời có sản lượng hàng năm là 50MW, riêng mức tiêu thụ điện của thiết bị quy trình và điện đã khoảng 1800KW. Lượng nước tinh khiết quy trình khoảng 15 tấn/giờ và yêu cầu về chất lượng nước đạt tiêu chuẩn kỹ thuật EW-1 của nước cấp điện tử Trung Quốc GB/T11446.1-1997. Lượng nước làm mát quy trình cũng khoảng 15 tấn/giờ, kích thước hạt trong chất lượng nước không được lớn hơn 10 micron và nhiệt độ cấp nước phải từ 15-20 °C. Thể tích khí thải chân không khoảng 300M3/H. Đồng thời, cũng cần khoảng 20 mét khối bể chứa nitơ và 10 mét khối bể chứa oxy. Xét đến các yếu tố an toàn của các loại khí đặc biệt như silane, cũng cần phải thiết lập một phòng khí đặc biệt để đảm bảo tuyệt đối an toàn sản xuất. Ngoài ra, tháp đốt silane và trạm xử lý nước thải cũng là những cơ sở cần thiết cho sản xuất cell.