Güneş hücreleri

Güneş hücreleri kristal silisyum ve amorf silisyum olmak üzere ikiye ayrılır, kristal silisyum hücreleri de kendi aralarında monokristalin hücreler ve polikristalin hücreler olarak ikiye ayrılır; monokristalin silisyumun verimi kristalin silisyumun veriminden farklıdır.

Sınıflandırma:

Çin'de yaygın olarak kullanılan güneş kristal silisyum hücreleri şu şekilde sınıflandırılabilir:

Tek kristal 125*125

Tek kristal 156*156

Polikristalin 156*156

Tek kristal 150*150

Tek kristal 103*103

Polikristalin 125*125

Üretim süreci:

Güneş hücrelerinin üretim süreci silikon yonga denetimi - yüzey dokulandırma ve asitleme - difüzyon bağlantısı - silikon camın fosfor giderme - plazma aşındırma ve asitleme - yansıma önleyici kaplama - serigrafi baskı - hızlı sinterleme vb. olarak ayrılır. Ayrıntılar aşağıdaki gibidir:

1. Silikon gofret muayenesi

Silisyum gofretler güneş hücrelerinin taşıyıcılarıdır ve silisyum gofretlerin kalitesi doğrudan güneş hücrelerinin dönüşüm verimliliğini belirler. Bu nedenle, gelen silisyum gofretleri incelemek gerekir. Bu işlem esas olarak silisyum gofretlerin bazı teknik parametrelerinin çevrimiçi ölçümü için kullanılır, bu parametreler esas olarak gofret yüzey pürüzlülüğü, azınlık taşıyıcı ömrü, özdirenç, P/N tipi ve mikro çatlaklar vb. içerir. Bu ekipman grubu otomatik yükleme ve boşaltma, silisyum gofret transferi, sistem entegrasyon parçası ve dört algılama modülüne ayrılmıştır. Bunlar arasında, fotovoltaik silisyum gofret dedektörü silisyum gofretin yüzeyinin pürüzlülüğünü algılar ve aynı anda silisyum gofretin boyutu ve köşegeni gibi görünüm parametrelerini algılar; mikro çatlak algılama modülü silisyum gofretin iç mikro çatlaklarını algılamak için kullanılır; Ek olarak, iki adet Algılama modülü vardır, çevrimiçi test modüllerinden biri esas olarak silikon gofretlerin toplu özdirencini ve silikon gofret türünü test etmek için kullanılır ve diğer modül silikon gofretlerin azınlık taşıyıcı ömrünü tespit etmek için kullanılır. Azınlık taşıyıcı ömrü ve özdirencinin tespitinden önce, silikon gofretin diyagonal ve mikro çatlaklarını tespit etmek ve hasarlı silikon gofreti otomatik olarak çıkarmak gerekir. Silikon gofret muayene ekipmanı, gofretleri otomatik olarak yükleyebilir ve boşaltabilir ve niteliksiz ürünleri sabit bir konuma yerleştirebilir, böylece muayene doğruluğunu ve verimliliğini artırabilir.

2. Yüzey dokulu

Monokristalin silisyum dokusunun hazırlanması, silisyumun anizotropik aşındırmasını kullanarak her santimetrekare silisyumun yüzeyinde milyonlarca tetrahedral piramit, yani piramit yapıları oluşturmaktır. Yüzeyde gelen ışığın çoklu yansıması ve kırılması nedeniyle ışığın emilimi artar ve pilin kısa devre akımı ve dönüşüm verimliliği iyileştirilir. Silisyumun anizotropik aşındırma çözeltisi genellikle sıcak bir alkali çözeltidir. Mevcut alkaliler sodyum hidroksit, potasyum hidroksit, lityum hidroksit ve etilendiamindir. Süet silisyumunun çoğu, yaklaşık %1 konsantrasyona sahip ucuz bir seyreltik sodyum hidroksit çözeltisi kullanılarak hazırlanır ve aşındırma sıcaklığı 70-85 °C'dir. Üniform bir süet elde etmek için, silisyumun korozyonunu hızlandırmak için çözeltiye kompleks oluşturucu maddeler olarak etanol ve izopropanol gibi alkoller de eklenmelidir. Süet hazırlanmadan önce, silikon gofret ön yüzey aşındırmasına tabi tutulmalı ve yaklaşık 20-25 μm alkali veya asidik aşındırma solüsyonuyla aşındırılmalıdır. Süet aşındırıldıktan sonra genel kimyasal temizlik yapılır. Yüzeyi hazırlanan silikon gofretler kirlenmeyi önlemek için uzun süre suda bekletilmemeli ve mümkün olan en kısa sürede difüze edilmelidir.

3. Difüzyon düğümü

Güneş hücrelerinin ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürmesini gerçekleştirmek için geniş alanlı bir PN bağlantısına ihtiyacı vardır ve difüzyon fırını güneş hücrelerinin PN bağlantısını üretmek için özel bir ekipmandır. Borulu difüzyon fırını esas olarak dört parçadan oluşur: kuvars teknesinin üst ve alt parçaları, egzoz gazı odası, fırın gövde parçası ve gaz dolabı parçası. Difüzyon genellikle difüzyon kaynağı olarak fosfor oksiklorür sıvı kaynağını kullanır. P tipi silikon gofreti borulu difüzyon fırınının kuvars kabına koyun ve fosfor oksiklorürü 850-900 santigrat derece yüksek sıcaklıkta kuvars kabına getirmek için azot kullanın. Fosfor oksiklorür, fosfor elde etmek için silikon gofretle reaksiyona girer. atom. Belirli bir süre sonra fosfor atomları silikon gofretin yüzey tabakasına her taraftan girer ve silikon atomları arasındaki boşluklardan silikon gofrete nüfuz eder ve yayılır ve N tipi yarı iletken ile P tipi yarı iletken arasındaki arayüzü, yani PN bağlantısını oluşturur. Bu yöntemle üretilen PN bağlantısı iyi bir tekdüzeliğe sahiptir, levha direncinin tekdüze olmaması %10'dan azdır ve azınlık taşıyıcı ömrü 10 ms'den fazla olabilir. PN bağlantısının imalatı, güneş pili üretiminde en temel ve kritik süreçtir. PN bağlantısının oluşumu olduğu için elektronlar ve delikler aktıktan sonra orijinal yerlerine geri dönmezler, böylece bir akım oluşur ve akım, doğru akım olan bir tel tarafından çekilir.

4. Defosforilasyon silikat camı

Bu işlem güneş hücrelerinin üretim sürecinde kullanılır. Kimyasal aşındırma ile silikon gofret, difüzyon sistemini çıkarmak için çözünür kompleks bir bileşik hekzaflorosilik asit üretmek üzere kimyasal bir reaksiyon üretmek üzere bir hidroflorik asit çözeltisine daldırılır. Bağlantıdan sonra silikon gofretin yüzeyinde bir fosfosilikat cam tabakası oluşur. Difüzyon işlemi sırasında POCL3, silikon gofretin yüzeyine biriken P2O5 oluşturmak üzere O2 ile reaksiyona girer. P2O5, Si ile reaksiyona girerek SiO2 ve fosfor atomları üretir. Bu şekilde, fosfor elementleri içeren bir SiO2 tabakası silikon gofretin yüzeyinde oluşur ve buna fosfosilikat cam denir. Fosfor silikat camını çıkarmak için kullanılan ekipman genellikle ana gövde, temizleme tankı, servo tahrik sistemi, mekanik kol, elektrik kontrol sistemi ve otomatik asit dağıtım sisteminden oluşur. Ana güç kaynakları hidroflorik asit, azot, basınçlı hava, saf su, ısı egzoz rüzgarı ve atık sudur. Hidroflorik asit silikayı çözer çünkü hidroflorik asit silika ile reaksiyona girerek uçucu silikon tetraflorür gazı üretir. Hidroflorik asit aşırıysa, reaksiyonla üretilen silikon tetraflorür hidroflorik asitle daha fazla reaksiyona girerek çözünür bir kompleks olan hekzaflorosilik asit oluşturur.

5. Plazma aşındırma

Difüzyon işlemi sırasında, sırt sırta difüzyon uygulansa bile, fosfor kaçınılmaz olarak silikon levhanın kenarları da dahil olmak üzere tüm yüzeylere yayılacaktır. PN bağlantısının ön tarafında toplanan fotojenlenmiş elektronlar, fosforun PN bağlantısının arka tarafına yayıldığı kenar alanı boyunca akacak ve kısa devreye neden olacaktır. Bu nedenle, güneş hücresinin etrafındaki katkılı silikon, hücre kenarındaki PN bağlantısını çıkarmak için aşındırılmalıdır. Bu işlem genellikle plazma aşındırma teknikleri kullanılarak yapılır. Plazma aşındırma düşük basınç durumundadır, reaktif gaz CF4'ün ana molekülleri iyonizasyon üretmek ve plazma oluşturmak için radyo frekansı gücüyle uyarılır. Plazma yüklü elektronlardan ve iyonlardan oluşur. Elektronların etkisi altında, reaksiyon odasındaki gaz enerjiyi emebilir ve iyonlara dönüştürülmenin yanı sıra çok sayıda aktif grup oluşturabilir. Aktif reaktif gruplar difüzyon yoluyla veya bir elektrik alanının etkisi altında SiO2 yüzeyine ulaşırlar ve burada aşındırılacak malzemenin yüzeyi ile kimyasal reaksiyona girerek, aşındırılacak malzemenin yüzeyinden ayrılan ve vakum sistemi ile boşluktan dışarı pompalanan uçucu reaksiyon ürünleri oluştururlar.

6. Yansıma önleyici kaplama

Cilalı silikon yüzeyin yansıtıcılığı %35'tir. Yüzey yansımasını azaltmak ve hücrenin dönüşüm verimliliğini artırmak için bir silikon nitrür yansıma önleyici film tabakası biriktirmek gerekir. Endüstriyel üretimde, PECVD ekipmanı genellikle yansıma önleyici filmler hazırlamak için kullanılır. PECVD, plazma destekli kimyasal buhar biriktirmedir. Teknik prensibi, enerji kaynağı olarak düşük sıcaklıklı plazma kullanmaktır, numune düşük basınç altında kızdırma deşarjının katodu üzerine yerleştirilir, kızdırma deşarjı numuneyi önceden belirlenmiş bir sıcaklığa ısıtmak için kullanılır ve ardından uygun miktarda reaktif gazlar SiH4 ve NH3 sokulur. Bir dizi kimyasal reaksiyon ve plazma reaksiyonundan sonra, numunenin yüzeyinde bir katı hal filmi, yani bir silikon nitrür filmi oluşur. Genel olarak, bu plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile biriktirilen filmin kalınlığı yaklaşık 70 nm'dir. Bu kalınlıktaki filmler optik işlevselliğe sahiptir. İnce film girişim prensibi kullanılarak ışığın yansıması büyük ölçüde azaltılabilir, kısa devre akımı ve pilin çıkışı büyük ölçüde artırılabilir ve verimlilik de büyük ölçüde iyileştirilebilir.

7. Serigrafi baskı

Güneş pili dokulandırma, difüzyon ve PECVD işlemlerinden geçtikten sonra, aydınlatma altında akım üretebilen bir PN bağlantısı oluşmuştur. Üretilen akımı dışarı aktarmak için, pilin yüzeyinde pozitif ve negatif elektrotlar yapmak gerekir. Elektrot üretmenin birçok yolu vardır ve serigrafi baskı, güneş pili elektrotları yapmak için en yaygın üretim sürecidir. Serigrafi baskı, kabartma yoluyla alt tabakaya önceden belirlenmiş bir desen basmaktır. Ekipman üç parçadan oluşur: pilin arkasına gümüş-alüminyum macun baskısı, pilin arkasına alüminyum macun baskısı ve pilin önüne gümüş macun baskısı. Çalışma prensibi şudur: ekran deseninin ağını kullanarak bulamacı delin, bir kazıyıcı ile ekranın bulamaç kısmına belirli bir basınç uygulayın ve aynı anda ekranın diğer ucuna doğru hareket edin. Mürekkep, hareket ettikçe rakle tarafından grafik kısmının ağından alt tabakaya sıkılır. Macunun viskoz etkisinden dolayı baskı belirli bir aralıkta sabitlenir ve baskı esnasında rakle, baskı plakası ve alt tabaka ile her zaman doğrusal temas halinde olur ve temas çizgisi raklenin hareketiyle hareket ederek baskı vuruşunu tamamlar.

8. hızlı sinterleme

Serigrafi baskılı silikon gofret doğrudan kullanılamaz. Organik reçine bağlayıcıyı yakmak için bir sinterleme fırınında hızla sinterlenmesi gerekir ve camın etkisiyle silikon gofrete sıkıca yapışmış neredeyse saf gümüş elektrotlar bırakır. Gümüş elektrot ve kristalin silikonun sıcaklığı ötektik sıcaklığa ulaştığında, kristalin silikon atomları belirli bir oranda erimiş gümüş elektrot malzemesine entegre olur, böylece üst ve alt elektrotların ohmik teması oluşturulur ve hücrenin açık devre voltajı ve dolum faktörü iyileştirilir. Anahtar parametre, hücrenin dönüşüm verimliliğini iyileştirmek için direnç özelliklerine sahip olmasını sağlamaktır.

Sinterleme fırını üç aşamaya ayrılır: ön sinterleme, sinterleme ve soğutma. Ön sinterleme aşamasının amacı, bulamaçtaki polimer bağlayıcıyı ayrıştırmak ve yakmaktır ve sıcaklık bu aşamada yavaşça yükselir; sinterleme aşamasında, sinterlenmiş gövdede çeşitli fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar tamamlanarak dirençli bir film yapısı oluşturulur ve bu da onu gerçekten dirençli hale getirir. , sıcaklık bu aşamada zirveye ulaşır; soğutma ve soğutma aşamasında cam soğutulur, sertleştirilir ve katılaştırılır, böylece dirençli film yapısı alt tabakaya sabit bir şekilde yapışır.

9. Çevre Birimleri

Hücre üretim sürecinde güç kaynağı, güç, su kaynağı, drenaj, HVAC, vakum ve özel buhar gibi çevresel tesisler de gereklidir. Yangın koruma ve çevre koruma ekipmanları da güvenliği ve sürdürülebilir kalkınmayı sağlamak için özellikle önemlidir. Yıllık çıkışı 50 MW olan bir güneş pili üretim hattı için, yalnızca proses ve güç ekipmanının güç tüketimi yaklaşık 1800 KW'dır. Proses saf su miktarı saatte yaklaşık 15 tondur ve su kalitesi gereksinimleri Çin'in elektronik sınıf su GB / T11446.1-1997'nin EW-1 teknik standardını karşılamaktadır. Proses soğutma suyu miktarı da saatte yaklaşık 15 tondur, su kalitesindeki parçacık boyutu 10 mikrondan büyük olmamalı ve su besleme sıcaklığı 15-20 ° C olmalıdır. Vakum egzoz hacmi yaklaşık 300 M3 / H'dir. Aynı zamanda, yaklaşık 20 metreküp azot depolama tankı ve 10 metreküp oksijen depolama tankı da gereklidir. Silan gibi özel gazların güvenlik faktörleri göz önünde bulundurulduğunda, üretim güvenliğinin kesinlikle sağlanması için özel bir gaz odası kurulması da gereklidir. Ayrıca, silan yanma kuleleri ve atık su arıtma istasyonları da hücre üretimi için gerekli tesislerdir.