Células solares

As células solares são divididas em silício cristalino e silício amorfo, entre os quais as células de silício cristalino podem ser divididas em células monocristalinas e células policristalinas; a eficiência do silício monocristalino é diferente daquela do silício cristalino.

Classificação:

As células solares de silício cristalino comumente usadas na China podem ser divididas em:

Cristal único 125*125

Cristal único 156*156

Policristalino 156*156

Cristal único 150*150

Cristal único 103*103

Policristalino 125*125

Processo de fabricação:

O processo de produção de células solares é dividido em inspeção de wafers de silício – texturização e decapagem de superfície – junção de difusão – desfosforização de vidro de silício – gravação e decapagem de plasma – revestimento antirreflexo – serigrafia – sinterização rápida, etc. Os detalhes são os seguintes:

1. Inspeção de wafers de silício

Os wafers de silício são os portadores das células solares, e a qualidade dos wafers de silício determina diretamente a eficiência de conversão das células solares. Portanto, é necessário inspecionar os wafers de silício recebidos. Este processo é usado principalmente para medição online de alguns parâmetros técnicos dos wafers de silício, esses parâmetros incluem principalmente irregularidades da superfície do wafer, tempo de vida do portador minoritário, resistividade, tipo P/N e microfissuras, etc. Este grupo de equipamentos é dividido em carregamento e descarregamento automáticos, transferência de wafer de silício, parte de integração do sistema e quatro módulos de detecção. Entre eles, o detector de wafer de silício fotovoltaico detecta a irregularidade da superfície do wafer de silício e, simultaneamente, detecta os parâmetros de aparência, como o tamanho e a diagonal do wafer de silício; o módulo de detecção de microfissuras é usado para detectar as microfissuras internas do wafer de silício; além disso, existem dois módulos de detecção, um dos módulos de teste online é usado principalmente para testar a resistividade em massa dos wafers de silício e o tipo de wafers de silício, e o outro módulo é usado para detectar o tempo de vida do portador minoritário dos wafers de silício. Antes da detecção da vida útil e da resistividade dos portadores minoritários, é necessário detectar as diagonais e microfissuras do wafer de silício e remover automaticamente o wafer danificado. O equipamento de inspeção de wafers de silício pode carregar e descarregar wafers automaticamente, além de posicionar produtos não qualificados em uma posição fixa, melhorando assim a precisão e a eficiência da inspeção.

2. Superfície texturizada

A preparação da textura de silício monocristalino consiste em usar a corrosão anisotrópica do silício para formar milhões de pirâmides tetraédricas, ou seja, estruturas piramidais, na superfície de cada centímetro quadrado de silício. Devido à múltipla reflexão e refração da luz incidente na superfície, a absorção da luz é aumentada, e a corrente de curto-circuito e a eficiência de conversão da bateria são melhoradas. A solução de corrosão anisotrópica do silício é geralmente uma solução alcalina quente. Os álcalis disponíveis são hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio e etilenodiamina. A maior parte do silício de camurça é preparada usando uma solução diluída de hidróxido de sódio de baixo custo com uma concentração de cerca de 1%, e a temperatura de corrosão é de 70-85 °C. Para obter uma camurça uniforme, álcoois como etanol e isopropanol também devem ser adicionados à solução como agentes complexantes para acelerar a corrosão do silício. Antes da preparação da camurça, a pastilha de silício deve ser submetida a uma corrosão superficial preliminar, com uma camada de 20 a 25 μm de corrosão com uma solução de corrosão alcalina ou ácida. Após a corrosão da camurça, é realizada uma limpeza química geral. As pastilhas de silício preparadas na superfície não devem ser armazenadas em água por muito tempo para evitar contaminação e devem ser difundidas o mais rápido possível.

3. Nó de difusão

As células solares precisam de uma junção PN de grande área para realizar a conversão de energia luminosa em energia elétrica, e um forno de difusão é um equipamento especial para a fabricação da junção PN de células solares. O forno de difusão tubular é composto principalmente por quatro partes: as partes superior e inferior do recipiente de quartzo, a câmara de gases de exaustão, a parte do corpo do forno e a parte do gabinete de gás. A difusão geralmente usa uma fonte líquida de oxicloreto de fósforo como fonte de difusão. Coloque a pastilha de silício tipo P no recipiente de quartzo do forno de difusão tubular e use nitrogênio para trazer oxicloreto de fósforo para o recipiente de quartzo a uma alta temperatura de 850-900 graus Celsius. O oxicloreto de fósforo reage com a pastilha de silício para obter fósforo. átomo. Após um certo período de tempo, os átomos de fósforo entram na camada superficial da pastilha de silício de todos os lados e penetram e se difundem na pastilha de silício através das lacunas entre os átomos de silício, formando a interface entre o semicondutor tipo N e o semicondutor tipo P, ou seja, a junção PN. A junção PN produzida por este método apresenta boa uniformidade, a não uniformidade da resistência da lâmina é inferior a 10% e o tempo de vida útil do portador minoritário pode ser superior a 10 ms. A fabricação da junção PN é o processo mais básico e crítico na produção de células solares. Como é a formação da junção PN, os elétrons e lacunas não retornam aos seus lugares originais após o fluxo, de modo que uma corrente é formada, e a corrente é extraída por um fio, que é uma corrente contínua.

4. Vidro de silicato de desfosforilação

Este processo é utilizado na produção de células solares. Por meio de corrosão química, a pastilha de silício é imersa em uma solução de ácido fluorídrico para produzir uma reação química que gera um composto complexo solúvel, o ácido hexafluorossilícico, para remover o sistema de difusão. Uma camada de vidro fosfossilicato é formada na superfície da pastilha de silício após a junção. Durante o processo de difusão, o POCL3 reage com o O2 para formar o P2O5, que é depositado na superfície da pastilha de silício. O P2O5 reage com o Si para gerar átomos de SiO2 e fósforo. Dessa forma, uma camada de SiO2 contendo elementos de fósforo é formada na superfície da pastilha de silício, que é chamada de vidro fosfossilicato. O equipamento para remoção de vidro de silicato de fósforo é geralmente composto pelo corpo principal, tanque de limpeza, sistema de servoacionamento, braço mecânico, sistema de controle elétrico e sistema automático de distribuição de ácido. As principais fontes de energia são ácido fluorídrico, nitrogênio, ar comprimido, água pura, calor, exaustão eólica e águas residuais. O ácido fluorídrico dissolve a sílica porque reage com a sílica para gerar gás tetrafluoreto de silício volátil. Se o ácido fluorídrico for excessivo, o tetrafluoreto de silício produzido pela reação reagirá ainda mais com o ácido fluorídrico para formar um complexo solúvel, o ácido hexafluorossilícico.

5. Gravação de plasma

Uma vez que durante o processo de difusão, mesmo que a difusão back-to-back seja adotada, o fósforo será inevitavelmente difundido em todas as superfícies, incluindo as bordas da pastilha de silício. Os elétrons fotogerados coletados na parte frontal da junção PN fluirão ao longo da área da borda onde o fósforo é difundido para a parte traseira da junção PN, causando um curto-circuito. Portanto, o silício dopado ao redor da célula solar deve ser gravado para remover a junção PN na borda da célula. Este processo é geralmente feito usando técnicas de gravação de plasma. A gravação de plasma ocorre em um estado de baixa pressão, as moléculas originais do gás reativo CF4 são excitadas por energia de radiofrequência para gerar ionização e formar plasma. O plasma é composto de elétrons e íons carregados. Sob o impacto dos elétrons, o gás na câmara de reação pode absorver energia e formar um grande número de grupos ativos, além de ser convertido em íons. Os grupos reativos ativos atingem a superfície do SiO2 devido à difusão ou sob a ação de um campo elétrico, onde reagem quimicamente com a superfície do material a ser gravado e formam produtos de reação voláteis que se separam da superfície do material a ser gravado e são bombeados para fora da cavidade pelo sistema de vácuo.

6. Revestimento antirreflexo

A refletividade da superfície de silício polido é de 35%. Para reduzir a reflexão da superfície e melhorar a eficiência de conversão da célula, é necessário depositar uma camada de filme antirreflexo de nitreto de silício. Na produção industrial, o equipamento PECVD é frequentemente utilizado para preparar filmes antirreflexo. PECVD é um método de deposição química de vapor aprimorada por plasma. Seu princípio técnico é usar plasma de baixa temperatura como fonte de energia, a amostra é colocada no cátodo da descarga luminescente sob baixa pressão, a descarga luminescente é usada para aquecer a amostra a uma temperatura predeterminada e, em seguida, uma quantidade apropriada de gases reativos SiH4 e NH3 é introduzida. Após uma série de reações químicas e reações de plasma, um filme de estado sólido, ou seja, um filme de nitreto de silício, é formado na superfície da amostra. Em geral, a espessura do filme depositado por este método de deposição química de vapor aprimorada por plasma é de cerca de 70 nm. Filmes com essa espessura têm funcionalidade óptica. Usando o princípio de interferência de película fina, a reflexão da luz pode ser bastante reduzida, a corrente de curto-circuito e a saída da bateria são bastante aumentadas, e a eficiência também é bastante melhorada.

7. serigrafia

Após a célula solar passar pelos processos de texturização, difusão e PECVD, uma junção PN é formada, a qual pode gerar corrente sob iluminação. Para exportar a corrente gerada, é necessário fazer eletrodos positivos e negativos na superfície da bateria. Existem muitas maneiras de fazer eletrodos, e a serigrafia é o processo de produção mais comum para a fabricação de eletrodos de células solares. A serigrafia consiste em imprimir um padrão predeterminado no substrato por meio de gofragem. O equipamento consiste em três partes: impressão em pasta de prata-alumínio na parte traseira da bateria, impressão em pasta de alumínio na parte traseira da bateria e impressão em pasta de prata na parte frontal da bateria. Seu princípio de funcionamento é: usar a malha do padrão da tela para penetrar na lama, aplicar uma certa pressão na parte da lama da tela com um raspador e mover em direção à outra extremidade da tela ao mesmo tempo. A tinta é espremida da malha da parte gráfica para o substrato pelo rodo à medida que se move. Devido ao efeito viscoso da pasta, a impressão é fixada dentro de uma determinada faixa, e o rodo está sempre em contato linear com a placa de serigrafia e o substrato durante a impressão, e a linha de contato se move com o movimento do rodo para completar o curso de impressão.

8. sinterização rápida

A pastilha de silício serigrafada não pode ser usada diretamente. Ela precisa ser sinterizada rapidamente em um forno de sinterização para queimar o ligante de resina orgânica, deixando eletrodos de prata quase pura, que ficam firmemente aderidos à pastilha de silício devido à ação do vidro. Quando a temperatura do eletrodo de prata e do silício cristalino atinge a temperatura eutética, os átomos de silício cristalino são integrados ao material do eletrodo de prata fundido em uma determinada proporção, formando assim o contato ôhmico dos eletrodos superior e inferior, melhorando a tensão de circuito aberto e o fator de enchimento da célula. O parâmetro-chave é que ela tenha características de resistência para melhorar a eficiência de conversão da célula.

O forno de sinterização é dividido em três etapas: pré-sinterização, sinterização e resfriamento. A etapa de pré-sinterização tem como objetivo decompor e queimar o ligante polimérico na pasta, e a temperatura aumenta lentamente nesta etapa; na etapa de sinterização, várias reações físicas e químicas são concluídas no corpo sinterizado para formar uma estrutura de filme resistivo, tornando-o verdadeiramente resistivo. A temperatura atinge um pico nesta etapa; nas etapas de resfriamento e resfriamento, o vidro é resfriado, endurecido e solidificado, de modo que a estrutura do filme resistivo fique firmemente aderida ao substrato.

9. Periféricos

No processo de produção de células, instalações periféricas como fornecimento de energia, energia, abastecimento de água, drenagem, HVAC, vácuo e vapor especial também são necessárias. Equipamentos de proteção contra incêndio e proteção ambiental também são particularmente importantes para garantir a segurança e o desenvolvimento sustentável. Para uma linha de produção de células solares com uma produção anual de 50 MW, o consumo de energia do processo e do equipamento de energia sozinho é de cerca de 1800 kW. A quantidade de água pura do processo é de cerca de 15 toneladas por hora, e os requisitos de qualidade da água atendem ao padrão técnico EW-1 da água de grau eletrônico da China GB/T11446.1-1997. A quantidade de água de resfriamento do processo também é de cerca de 15 toneladas por hora, o tamanho das partículas na qualidade da água não deve ser superior a 10 mícrons e a temperatura da água de fornecimento deve ser de 15 a 20 °C. O volume de exaustão a vácuo é de cerca de 300 m3/h. Ao mesmo tempo, também são necessários cerca de 20 metros cúbicos de tanques de armazenamento de nitrogênio e 10 metros cúbicos de tanques de armazenamento de oxigênio. Levando em consideração os fatores de segurança de gases especiais como o silano, também é necessário instalar uma sala de gás especial para garantir a segurança absoluta da produção. Além disso, torres de combustão de silano e estações de tratamento de esgoto também são instalações necessárias para a produção de células.