Солнечные элементы

Солнечные элементы делятся на кристаллические кремниевые и аморфные кремниевые, среди которых кристаллические кремниевые элементы можно разделить на монокристаллические элементы и поликристаллические элементы; эффективность монокристаллического кремния отличается от эффективности кристаллического кремния.

Классификация:

Наиболее часто используемые в Китае солнечные кристаллические кремниевые элементы можно разделить на:

Монокристалл 125*125

Монокристалл 156*156

Поликристаллический 156*156

Монокристалл 150*150

Монокристалл 103*103

Поликристаллический 125*125

Процесс производства:

Процесс производства солнечных элементов делится на проверку кремниевой пластины – текстурирование и травление поверхности – диффузионный переход – дефосфорацию кремниевого стекла – плазменное травление и травление – нанесение антибликового покрытия – трафаретную печать – быстрое спекание и т. д. Подробности следующие:

1. Проверка кремниевой пластины

Кремниевые пластины являются носителями солнечных элементов, и качество кремниевых пластин напрямую определяет эффективность преобразования солнечных элементов. Поэтому необходимо проверять входящие кремниевые пластины. Этот процесс в основном используется для онлайн-измерения некоторых технических параметров кремниевых пластин, эти параметры в основном включают неровность поверхности пластины, время жизни неосновных носителей, удельное сопротивление, тип P/N и микротрещины и т. д. Эта группа оборудования делится на автоматическую загрузку и выгрузку, перенос кремниевых пластин, часть системной интеграции и четыре модуля обнаружения. Среди них фотоэлектрический детектор кремниевых пластин обнаруживает неровность поверхности кремниевой пластины и одновременно обнаруживает параметры внешнего вида, такие как размер и диагональ кремниевой пластины; модуль обнаружения микротрещин используется для обнаружения внутренних микротрещин кремниевой пластины; Кроме того, есть два модуля обнаружения, один из модулей онлайн-тестирования в основном используется для проверки объемного сопротивления кремниевых пластин и типа кремниевых пластин, а другой модуль используется для обнаружения времени жизни неосновных носителей заряда кремниевых пластин. Перед обнаружением времени жизни неосновных носителей заряда и сопротивления необходимо обнаружить диагональные и микротрещины кремниевой пластины и автоматически удалить поврежденную кремниевую пластину. Оборудование для проверки кремниевых пластин может автоматически загружать и выгружать пластины и может размещать неквалифицированные продукты в фиксированном положении, тем самым повышая точность и эффективность проверки.

2. Текстурированная поверхность

Приготовление монокристаллической кремниевой текстуры заключается в использовании анизотропного травления кремния для формирования миллионов тетраэдрических пирамид, то есть пирамидальных структур, на поверхности каждого квадратного сантиметра кремния. Благодаря многократному отражению и преломлению падающего света на поверхности увеличивается поглощение света, а также улучшаются ток короткого замыкания и эффективность преобразования батареи. Анизотропный травильный раствор кремния обычно представляет собой горячий щелочной раствор. Доступными щелочами являются гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития и этилендиамин. Большая часть замшевого кремния готовится с использованием недорогого разбавленного раствора гидроксида натрия с концентрацией около 1%, а температура травления составляет 70-85 °C. Для получения однородной замши в раствор также следует добавлять спирты, такие как этанол и изопропанол, в качестве комплексообразователей для ускорения коррозии кремния. Перед подготовкой замши кремниевая пластина должна быть подвергнута предварительному поверхностному травлению, и около 20-25 мкм протравливается щелочным или кислотным травильным раствором. После травления замши выполняется общая химическая очистка. Подготовленные с поверхности кремниевые пластины не следует хранить в воде в течение длительного времени, чтобы предотвратить загрязнение, и их следует как можно скорее протравить.

3. Узел диффузии

Солнечным элементам требуется большой площади PN-переход для реализации преобразования световой энергии в электрическую энергию, а диффузионная печь — это специальное оборудование для изготовления PN-перехода солнечных элементов. Трубчатая диффузионная печь в основном состоит из четырех частей: верхней и нижней частей кварцевой лодки, камеры выхлопного газа, части корпуса печи и части газового шкафа. Диффузия обычно использует жидкий источник оксихлорида фосфора в качестве источника диффузии. Поместите кремниевую пластину P-типа в кварцевый контейнер трубчатой ​​диффузионной печи и используйте азот для внесения оксихлорида фосфора в кварцевый контейнер при высокой температуре 850-900 градусов Цельсия. Оксихлорид фосфора реагирует с кремниевой пластиной, чтобы получить атом фосфора. Через определенный промежуток времени атомы фосфора попадают в поверхностный слой кремниевой пластины со всех сторон, проникают и диффундируют в кремниевую пластину через зазоры между атомами кремния, образуя интерфейс между полупроводником N-типа и полупроводником P-типа, то есть PN-переход. PN-переход, полученный этим методом, имеет хорошую однородность, неоднородность сопротивления слоя составляет менее 10%, а время жизни неосновных носителей может превышать 10 мс. Изготовление PN-перехода является самым основным и критическим процессом в производстве солнечных элементов. Поскольку это формирование PN-перехода, электроны и дырки не возвращаются на свои исходные места после протекания, так что образуется ток, и ток вытягивается проводом, который является постоянным током.

4. Дефосфорилированное силикатное стекло

Этот процесс используется в процессе производства солнечных элементов. При химическом травлении кремниевая пластина погружается в раствор плавиковой кислоты для проведения химической реакции с образованием растворимого комплексного соединения гексафторкремниевой кислоты для удаления диффузионной системы. Слой фосфоросиликатного стекла образуется на поверхности кремниевой пластины после соединения. В процессе диффузии POCL3 реагирует с O2 с образованием P2O5, который осаждается на поверхности кремниевой пластины. P2O5 реагирует с Si с образованием атомов SiO2 и фосфора. Таким образом, на поверхности кремниевой пластины образуется слой SiO2, содержащий фосфорные элементы, который называется фосфоросиликатным стеклом. Оборудование для удаления фосфоросиликатного стекла обычно состоит из основного корпуса, чистящего бака, системы сервопривода, механического рычага, электрической системы управления и автоматической системы распределения кислоты. Основными источниками энергии являются плавиковая кислота, азот, сжатый воздух, чистая вода, тепловой отработанный ветер и сточные воды. Плавиковая кислота растворяет кремний, поскольку плавиковая кислота реагирует с кремнием, образуя летучий газ тетрафторида кремния. Если плавиковой кислоты слишком много, то тетрафторид кремния, полученный в результате реакции, будет далее реагировать с плавиковой кислотой, образуя растворимый комплекс — гексафторкремниевую кислоту.

5. Плазменное травление

Так как во время процесса диффузии, даже если принята диффузия «спина к спине», фосфор неизбежно будет диффундировать на все поверхности, включая края кремниевой пластины. Фотогенерированные электроны, собранные на передней стороне PN-перехода, будут течь вдоль области края, где фосфор диффундирует на заднюю сторону PN-перехода, вызывая короткое замыкание. Поэтому легированный кремний вокруг солнечного элемента должен быть протравлен, чтобы удалить PN-переход на краю элемента. Этот процесс обычно выполняется с использованием методов плазменного травления. Плазменное травление происходит в состоянии низкого давления, родительские молекулы реактивного газа CF4 возбуждаются радиочастотной энергией для генерации ионизации и образования плазмы. Плазма состоит из заряженных электронов и ионов. Под воздействием электронов газ в реакционной камере может поглощать энергию и образовывать большое количество активных групп в дополнение к преобразованию в ионы. Активные реакционноспособные группы достигают поверхности SiO2 за счет диффузии или под действием электрического поля, где вступают в химическую реакцию с поверхностью травящегося материала и образуют летучие продукты реакции, которые отделяются от поверхности травящегося материала и откачиваются из полости вакуумной системой.

6. Антибликовое покрытие

Отражательная способность полированной поверхности кремния составляет 35%. Для уменьшения отражения поверхности и повышения эффективности преобразования ячейки необходимо нанести слой антибликовой пленки из нитрида кремния. В промышленном производстве для приготовления антибликовых пленок часто используется оборудование PECVD. PECVD — это плазменно-усиленное химическое осаждение из паровой фазы. Его технический принцип заключается в использовании низкотемпературной плазмы в качестве источника энергии, образец помещается на катод тлеющего разряда под низким давлением, тлеющий разряд используется для нагрева образца до заданной температуры, а затем вводится соответствующее количество реактивных газов SiH4 и NH3. После серии химических реакций и плазменных реакций на поверхности образца образуется твердотельная пленка, то есть пленка нитрида кремния. В общем случае толщина пленки, нанесенной этим методом плазменно-усиленного химического осаждения из паровой фазы, составляет около 70 нм. Пленки такой толщины обладают оптической функциональностью. Используя принцип интерференции тонкой пленки, можно значительно уменьшить отражение света, значительно увеличить ток короткого замыкания и выходную мощность батареи, а также значительно повысить эффективность.

7. трафаретная печать

После того, как солнечный элемент прошел через процессы текстурирования, диффузии и PECVD, образовался PN-переход, который может генерировать ток при освещении. Для того, чтобы экспортировать генерируемый ток, необходимо изготовить положительные и отрицательные электроды на поверхности батареи. Существует много способов изготовления электродов, и трафаретная печать является наиболее распространенным производственным процессом для изготовления электродов солнечных элементов. Трафаретная печать заключается в печати заранее определенного рисунка на подложке с помощью тиснения. Оборудование состоит из трех частей: печать серебряно-алюминиевой пастой на задней стороне батареи, печать алюминиевой пастой на задней стороне батареи и печать серебряной пастой на передней стороне батареи. Его принцип работы заключается в следующем: использовать сетку рисунка экрана для проникновения в суспензию, оказывать определенное давление на часть суспензии экрана с помощью скребка и одновременно перемещаться к другому концу экрана. Чернила выдавливаются из сетки графической части на подложку ракелем по мере его движения. Благодаря вязкому эффекту пасты отпечаток фиксируется в определенном диапазоне, а ракель всегда находится в линейном контакте с трафаретной печатной формой и подложкой во время печати, а линия контакта перемещается вместе с движением ракеля, завершая печатный ход.

8. быстрое спекание

Кремниевая пластина, напечатанная методом трафаретной печати, не может использоваться напрямую. Ее необходимо быстро спекать в печи для спекания, чтобы выжечь связующее вещество из органической смолы, оставляя почти чистые серебряные электроды, которые плотно прилегают к кремниевой пластине из-за воздействия стекла. Когда температура серебряного электрода и кристаллического кремния достигает эвтектической температуры, атомы кристаллического кремния в определенной пропорции интегрируются в расплавленный серебряный электродный материал, тем самым образуя омический контакт верхнего и нижнего электродов и улучшая напряжение холостого хода и коэффициент заполнения ячейки. Ключевым параметром является придание ей характеристик сопротивления для повышения эффективности преобразования ячейки.

Спекательная печь делится на три этапа: предварительное спекание, спекание и охлаждение. Целью этапа предварительного спекания является разложение и сжигание полимерного связующего в суспензии, и температура на этом этапе медленно повышается; на этапе спекания в спеченном теле завершаются различные физические и химические реакции, образуя структуру резистивной пленки, что делает его по-настоящему резистивным. , на этом этапе температура достигает пика; на этапе охлаждения и охлаждения стекло охлаждается, закаливается и затвердевает, так что структура резистивной пленки прочно прилипает к подложке.

9. Периферийные устройства

В процессе производства ячеек также требуются периферийные объекты, такие как электроснабжение, электроэнергия, водоснабжение, дренаж, HVAC, вакуум и специальный пар. Противопожарное и природоохранное оборудование также особенно важны для обеспечения безопасности и устойчивого развития. Для линии по производству солнечных ячеек с годовой производительностью 50 МВт энергопотребление только технологического и энергетического оборудования составляет около 1800 кВт. Количество технологической чистой воды составляет около 15 тонн в час, а требования к качеству воды соответствуют техническому стандарту EW-1 китайской электронной воды GB/T11446.1-1997. Количество технологической охлаждающей воды также составляет около 15 тонн в час, размер частиц в качестве воды не должен превышать 10 микрон, а температура подачи воды должна быть 15-20 °C. Объем вакуумного отвода составляет около 300 м3/ч. В то же время также требуется около 20 кубических метров резервуаров для хранения азота и 10 кубических метров резервуаров для хранения кислорода. Учитывая факторы безопасности специальных газов, таких как силан, необходимо также создать специальную газовую комнату для абсолютного обеспечения безопасности производства. Кроме того, башни сжигания силана и станции очистки сточных вод также являются необходимыми объектами для производства ячеек.