Sončne celice

Sončne celice delimo na kristalni silicij in amorfni silicij, med katerimi lahko kristalne silicijeve celice nadalje razdelimo na monokristalne celice in polikristalne celice; učinkovitost monokristalnega silicija je drugačna od učinkovitosti kristalnega silicija.

Razvrstitev:

Običajno uporabljene solarne kristalne silicijeve celice na Kitajskem lahko razdelimo na:

Monokristal 125*125

Monokristal 156*156

Polikristalni 156*156

Monokristal 150*150

Monokristal 103*103

Polikristalni 125*125

Proizvodni proces:

Proizvodni proces sončnih celic je razdeljen na inšpekcijo silicijevih rezin – površinsko teksturiranje in dekapiranje – difuzijski spoj – defosforizacija silicijevega stekla – plazemsko jedkanje in dekapiranje – antirefleksni premaz – sitotisk – hitro sintranje itd. Podrobnosti so naslednje:

1. Pregled silicijeve rezine

Silicijeve rezine so nosilci sončnih celic, kakovost silicijevih rezin pa neposredno določa učinkovitost pretvorbe sončnih celic. Zato je potrebno pregledati prihajajoče silicijeve rezine. Ta postopek se v glavnem uporablja za spletno merjenje nekaterih tehničnih parametrov silicijevih rezin, ti parametri v glavnem vključujejo neenakost površine rezin, življenjsko dobo manjšinskega nosilca, upornost, tip P/N in mikrorazpoke itd. Ta skupina opreme je razdeljena na avtomatsko nalaganje in razkladanje , prenos silicijeve rezine, del za sistemsko integracijo in štiri module za zaznavanje. Med njimi detektor fotovoltaičnih silicijevih rezin zazna neenakost površine silicijeve rezine in hkrati zazna parametre videza, kot sta velikost in diagonala silicijeve rezine; modul za zaznavanje mikrorazpok se uporablja za zaznavanje notranjih mikrorazpok silicijeve rezine; poleg tega sta na voljo dva modula za zaznavanje, eden od spletnih testnih modulov se uporablja predvsem za testiranje skupne upornosti silicijevih rezin in vrste silicijevih rezin, drugi modul pa se uporablja za zaznavanje življenjske dobe manjšinskega nosilca silicijevih rezin. Pred zaznavo življenjske dobe in upornosti manjšinskega nosilca je treba zaznati diagonalne in mikrorazpoke silicijeve rezine ter samodejno odstraniti poškodovano silicijevo rezino. Oprema za pregled silicijevih rezin lahko samodejno nalaga in razklada rezine ter lahko postavi nekvalificirane izdelke v fiksen položaj, s čimer izboljša natančnost in učinkovitost pregleda.

2. Površinska tekstura

Priprava teksture monokristalnega silicija je uporaba anizotropnega jedkanja silicija za oblikovanje milijonov tetraedrskih piramid, to je piramidnih struktur, na površini vsakega kvadratnega centimetra silicija. Zaradi večkratnega odboja in loma vpadne svetlobe na površini se poveča absorpcija svetlobe, izboljšata se kratkostični tok in učinkovitost pretvorbe baterije. Raztopina anizotropnega jedkanja silicija je običajno vroča alkalna raztopina. Razpoložljive alkalije so natrijev hidroksid, kalijev hidroksid, litijev hidroksid in etilendiamin. Večino semiš silicija pripravimo z uporabo poceni razredčene raztopine natrijevega hidroksida s koncentracijo približno 1 %, temperatura jedkanja pa je 70-85 °C. Da bi dobili enoten semiš, je treba raztopini dodati tudi alkohole, kot sta etanol in izopropanol, kot sredstva za kompleksiranje, da pospešijo korozijo silicija. Pred pripravo semiša je treba silikonsko rezino predhodno površinsko jedkati in približno 20-25 μm jedkati z alkalno ali kislo raztopino za jedkanje. Po jedkanju semiša se izvede splošno kemično čiščenje. Površinsko pripravljenih silicijevih rezin ne smete dlje časa shranjevati v vodi, da preprečite kontaminacijo, in jih je treba čim prej razpršiti.

3. Difuzijski vozel

Sončne celice potrebujejo veliko površino PN spoja za realizacijo pretvorbe svetlobne energije v električno energijo, difuzijska peč pa je posebna oprema za izdelavo PN spoja sončnih celic. Cevasta difuzijska peč je v glavnem sestavljena iz štirih delov: zgornjega in spodnjega dela kremenčevega čolna, komore za izpušne pline, dela telesa peči in dela plinske omare. Difuzija na splošno uporablja tekoči vir fosforjevega oksiklorida kot vir difuzije. Silicijeve rezine tipa P postavite v kvarčno posodo cevne difuzijske peči in z dušikom dovedite fosforjev oksiklorid v kremenčevo posodo pri visoki temperaturi 850–900 stopinj Celzija. Fosforjev oksiklorid reagira s silicijevo rezino, da dobi fosfor. atom. Po določenem času atomi fosforja vstopijo v površinsko plast silicijeve rezine od vsepovsod ter prodrejo in razpršijo v silicijevo rezino skozi vrzeli med atomi silicija in tvorijo vmesnik med polprevodnikom tipa N in P- tip polprevodnika, to je PN spoj. PN spoj, proizveden s to metodo, ima dobro enakomernost, neenotnost ploščatega upora je manjša od 10 %, življenjska doba manjšinskega nosilca pa je lahko večja od 10 ms. Izdelava PN spoja je najbolj osnovni in kritičen proces v proizvodnji sončnih celic. Ker gre za tvorbo PN spoja, se elektroni in luknje po pretoku ne vrnejo na prvotna mesta, tako da nastane tok, ki ga vleče žica, ki je enosmerni tok.

4. Defosforilacija silikatnega stekla

Ta postopek se uporablja v procesu proizvodnje sončnih celic. S kemičnim jedkanjem se silicijeva rezina potopi v raztopino fluorovodikove kisline, da pride do kemične reakcije, da nastane topna kompleksna spojina heksafluorosilicijeva kislina, da se odstrani difuzijski sistem. Po spoju je na površini silicijeve rezine nastala plast fosfosilikatnega stekla. Med postopkom difuzije POCL3 reagira z O2 in tvori P2O5, ki se nanese na površino silicijeve rezine. P2O5 reagira s Si, da ustvari atome SiO2 in fosforja. Na ta način se na površini silicijeve rezine oblikuje plast SiO2, ki vsebuje fosforjeve elemente, ki se imenuje fosfosilikatno steklo. Oprema za odstranjevanje fosforjevega silikatnega stekla je na splošno sestavljena iz glavnega ohišja, čistilne posode, servo pogonskega sistema, mehanske roke, električnega krmilnega sistema in avtomatskega sistema za distribucijo kisline. Glavni viri energije so fluorovodikova kislina, dušik, stisnjen zrak, čista voda, izpušna toplota vetra in odpadna voda. Fluorovodikova kislina raztopi silicijev dioksid, ker fluorovodikova kislina reagira s silicijevim dioksidom in tvori hlapni plin silicijev tetrafluorid. Če je fluorovodikove kisline preveč, bo silicijev tetrafluorid, ki nastane pri reakciji, nadalje reagiral s fluorovodikovo kislino in tvoril topen kompleks, heksafluorosilicijevo kislino.

5. Plazemsko jedkanje

Ker med postopkom difuzije, tudi če je sprejeta povratna difuzija, bo fosfor neizogibno razpršen na vseh površinah, vključno z robovi silicijeve rezine. Fotogenerirani elektroni, zbrani na sprednji strani PN spoja, bodo tekli vzdolž robnega območja, kjer se fosfor razprši na zadnjo stran PN spoja, kar povzroči kratek stik. Zato je treba dopirani silicij okoli sončne celice jedkati, da odstranimo PN spoj na robu celice. Ta postopek se običajno izvaja s tehnikami plazemskega jedkanja. Plazemsko jedkanje je v stanju nizkega tlaka, matične molekule reaktivnega plina CF4 so vzbujene z radiofrekvenčno močjo, da se ustvari ionizacija in tvori plazma. Plazma je sestavljena iz nabitih elektronov in ionov. Pod udarom elektronov lahko plin v reakcijski komori absorbira energijo in poleg tega, da se pretvori v ione, tvori veliko število aktivnih skupin. Aktivne reaktivne skupine dosežejo površino SiO2 zaradi difuzije ali pod delovanjem električnega polja, kjer kemično reagirajo s površino materiala, ki ga jedkamo, in tvorijo hlapne reakcijske produkte, ki se ločijo od površine materiala, ki ga je treba jedkati. jedkani in jih vakuumski sistem izčrpa iz votline.

6. Antirefleksni premaz

Odbojnost površine poliranega silicija je 35 %. Da bi zmanjšali površinski odboj in izboljšali učinkovitost pretvorbe celice, je treba nanesti plast protiodsevne folije iz silicijevega nitrida. V industrijski proizvodnji se oprema PECVD pogosto uporablja za pripravo antirefleksnih filmov. PECVD je kemično nanašanje s paro, izboljšano s plazmo. Njegovo tehnično načelo je uporaba nizkotemperaturne plazme kot vira energije, vzorec se postavi na katodo žarilne razelektritve pod nizkim tlakom, žarilna razelektritev se uporablja za segrevanje vzorca na vnaprej določeno temperaturo in nato ustrezno količino vnesemo reaktivna plina SiH4 in NH3. Po nizu kemičnih reakcij in plazemskih reakcij se na površini vzorca oblikuje film v trdnem stanju, to je film silicijevega nitrida. Na splošno je debelina filma, nanesenega s to metodo kemičnega naparjevanja, izboljšanega s plazmo, približno 70 nm. Filmi te debeline imajo optično funkcionalnost. Z uporabo načela interference tankega filma se lahko močno zmanjša odboj svetlobe, močno povečata tok kratkega stika in izhod baterije, učinkovitost pa se močno izboljša.

7. sitotisk

Ko je sončna celica prestala procese teksturiranja, difuzije in PECVD, se je oblikoval PN spoj, ki lahko ob osvetlitvi ustvarja tok. Za izvoz ustvarjenega toka je potrebno na površini baterije narediti pozitivne in negativne elektrode. Obstaja veliko načinov za izdelavo elektrod, sitotisk pa je najpogostejši proizvodni proces za izdelavo elektrod za sončne celice. Sitotisk je tisk vnaprej določenega vzorca na substrat z vtiskovanjem. Oprema je sestavljena iz treh delov: tisk s srebrno-aluminijevo pasto na zadnji strani baterije, tisk z aluminijasto pasto na zadnji strani baterije in tisk s srebrno pasto na sprednji strani baterije. Njegovo načelo delovanja je: uporabite mrežo vzorca sita, da prodrete v gnojevko, s strgalom izvajajte določen pritisk na del sita, v katerem je gnojevka, in se istočasno pomaknite proti drugemu koncu sita. Črnilo med premikanjem iz mreže grafičnega dela iztisne na podlago s strgalom. Zaradi viskoznega učinka paste je odtis fiksiran v določenem območju, strgalo pa je med tiskanjem vedno v linearnem stiku s ploščo za sitotisk in podlago, kontaktna linija pa se premika z gibanjem strgala, da dokonča tiskovna poteza.

8. hitro sintranje

Sitotiskane silicijeve rezine ni mogoče uporabiti neposredno. Hitro ga je treba sintrati v peči za sintranje, da zgori vezivo iz organske smole, pri čemer ostanejo elektrode iz skoraj čistega srebra, ki so zaradi delovanja stekla tesno prilepljene na silicijeve rezine. Ko temperatura srebrne elektrode in kristalnega silicija doseže evtektično temperaturo, se atomi kristalnega silicija integrirajo v staljeni material srebrne elektrode v določenem razmerju, s čimer tvorijo ohmski stik zgornje in spodnje elektrode ter izboljšajo odprto vezje napetost in faktor polnjenja celice. Ključni parameter je, da ima lastnosti odpornosti za izboljšanje učinkovitosti pretvorbe celice.

Peč za sintranje je razdeljena na tri stopnje: predsintranje, sintranje in hlajenje. Namen stopnje predsintranja je razgradnja in sežiganje polimernega veziva v gošče, pri čemer temperatura na tej stopnji počasi narašča; v fazi sintranja se v sintranem telesu zaključijo različne fizikalne in kemične reakcije, da se oblikuje uporovna filmska struktura, zaradi česar je resnično uporovna. , temperatura doseže vrh v tej fazi; v fazi hlajenja in hlajenja se steklo ohladi, utrdi in strdi, tako da je uporovna filmska struktura trdno pritrjena na podlago.

9. Zunanje naprave

V procesu proizvodnje celic so potrebni tudi periferni objekti, kot so napajanje, napajanje, oskrba z vodo, odvodnjavanje, HVAC, vakuum in posebna para. Protipožarna in okoljevarstvena oprema je prav tako pomembna za zagotavljanje varnosti in trajnostnega razvoja. Za proizvodno linijo sončnih celic z letno proizvodnjo 50 MW je poraba energije samo procesne in energetske opreme približno 1800 KW. Količina procesne čiste vode je približno 15 ton na uro, zahteve glede kakovosti vode pa ustrezajo tehničnemu standardu EW-1 kitajske elektronske vode GB/T11446.1-1997. Količina procesne hladilne vode je prav tako približno 15 ton na uro, velikost delcev v kakovosti vode ne sme biti večja od 10 mikronov, temperatura dovodne vode pa naj bo 15-20 °C. Prostornina vakuumskega izpušnega plina je približno 300M3/H. Hkrati je potrebnih še okoli 20 kubičnih metrov hranilnikov dušika in 10 kubičnih metrov hranilnikov kisika. Ob upoštevanju varnostnih dejavnikov posebnih plinov, kot je silan, je treba postaviti tudi posebno plinsko sobo, da se popolnoma zagotovi varnost proizvodnje. Poleg tega so stolpi za zgorevanje silana in postaje za čiščenje odplak prav tako potrebni objekti za proizvodnjo celic.