Células solares

As células solares são divididas em silício cristalino e silício amorfo, entre as 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:

Único cristal 125*125

Único cristal 156*156

Policristalino 156*156

Único cristal 150*150

Único cristal 103*103

Policristalino 125*125

Processo de manufatura:

O processo de produção de células solares é dividido em inspeção de wafer de silício - texturização e decapagem de superfície - junção de difusão - desfosforização de vidro de silício - gravação e decapagem de plasma - revestimento anti-reflexo - serigrafia - sinterização rápida, etc.

1. Inspeção de wafer 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 on-line de alguns parâmetros técnicos de wafers de silício, esses parâmetros incluem principalmente irregularidades na superfície do wafer, vida útil do portador minoritário, resistividade, tipo P/N e microfissuras, etc. , transferência de wafer de silício, parte de integração do sistema e quatro módulos de detecção.Entre eles, o detector fotovoltaico de pastilha de silício detecta a irregularidade da superfície da pastilha de silício e detecta simultaneamente os parâmetros de aparência, como o tamanho e a diagonal da pastilha de silício;o módulo de detecção de microfissuras é usado para detectar as microfissuras internas da pastilha de silício;além disso, existem dois módulos de detecção, um dos módulos de teste on-line 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 a vida útil da portadora minoritária dos wafers de silício.Antes da detecção da vida útil e da resistividade do portador minoritário, é necessário detectar a diagonal e as microfissuras do wafer de silício e remover automaticamente o wafer de silício danificado.O equipamento de inspeção de wafer de silício pode carregar e descarregar wafers automaticamente e pode colocar produtos não qualificados em uma posição fixa, melhorando assim a precisão e a eficiência da inspeção.

2. Superfície texturizada

A preparação da textura do silício monocristalino consiste em utilizar a gravação 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 ataque anisotrópico de 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 da camurça é preparada usando uma solução diluída barata de hidróxido de sódio com uma concentração de cerca de 1% e a temperatura de ataque 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 de a camurça ser preparada, o wafer de silício deve ser submetido a um ataque superficial preliminar e cerca de 20-25 μm é gravado com uma solução de ataque alcalina ou ácida.Depois que a camurça é gravada, 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 da energia luminosa em energia elétrica, e um forno de difusão é um equipamento especial para fabricar a junção PN das células solares.O forno de difusão tubular é composto principalmente por quatro partes: as partes superior e inferior do barco 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 fonte líquida de oxicloreto de fósforo como fonte de difusão.Coloque o wafer 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 do wafer de silício por toda parte e penetram e se difundem no wafer de silício através das lacunas entre os átomos de silício, formando a interface entre o semicondutor tipo N e o P- tipo semicondutor, ou seja, a junção PN.A junção PN produzida por este método tem boa uniformidade, a não uniformidade da resistência da folha é inferior a 10% e a vida útil da portadora minoritária pode ser superior a 10ms.A fabricação da junção PN é o processo mais básico e crítico na produção de células solares.Por se tratar da formação da junção PN, os elétrons e buracos não retornam aos seus locais originais após fluir, formando-se uma corrente, e a corrente é puxada por um fio, que é de corrente contínua.

4. Vidro de silicato de desfosforilação

Este processo é utilizado no processo de produção de células solares.Por ataque químico, o wafer de silício é imerso em uma solução de ácido fluorídrico para produzir uma reação química para gerar um composto complexo solúvel de ácido hexafluorossilícico para remover o sistema de difusão.Uma camada de vidro fosfosilicato formada na superfície da pastilha de silício após a junção.Durante o processo de difusão, o POCL3 reage com o O2 para formar 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 fosfosilicato.O equipamento para remoção de vidro de silicato de fósforo é geralmente composto por corpo principal, tanque de limpeza, sistema de servo acionamento, 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, exaustão de calor, vento e águas residuais.O ácido fluorídrico dissolve a sílica porque o ácido fluorídrico reage com a sílica para gerar gás volátil de tetrafluoreto de silício.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. Gravura de plasma

Uma vez que durante o processo de difusão, mesmo que a difusão consecutiva 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 geralmente é feito usando técnicas de gravação a plasma.A gravação de plasma está em um estado de baixa pressão, as moléculas parentais do gás reativo CF4 são excitadas pela 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 por difusão ou sob ação de um campo elétrico, onde reagem quimicamente com a superfície do material a ser gravado, formando produtos de reação voláteis que se separam da superfície do material a ser gravado. gravados e são bombeados para fora da cavidade pelo sistema de vácuo.

6. Revestimento anti-reflexo

A refletividade da superfície de silício polido é de 35%.Para reduzir a reflexão superficial e melhorar a eficiência de conversão da célula, é necessário depositar uma camada de filme anti-reflexo de nitreto de silício.Na produção industrial, o equipamento PECVD é frequentemente utilizado para preparar filmes anti-reflexo.PECVD é uma 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 luminosa sob baixa pressão, a descarga luminosa é usada para aquecer a amostra a uma temperatura predeterminada e, em seguida, uma quantidade apropriada de são introduzidos gases reativos SiH4 e NH3.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 melhorado por plasma é de cerca de 70 nm.Filmes desta espessura possuem funcionalidade óptica.Usando o princípio da interferência de filme fino, o reflexo da luz pode ser bastante reduzido, a corrente de curto-circuito e a saída da bateria aumentam bastante e a eficiência também é bastante melhorada.

7. serigrafia

Após a célula solar passar pelos processos de texturização, difusão e PECVD, forma-se uma junção PN, que 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 fazer eletrodos de células solares.A serigrafia consiste em imprimir um padrão predeterminado no substrato por meio de relevo.O equipamento consiste em três partes: impressão em pasta de prata e 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-se em direção à outra extremidade da tela ao mesmo tempo.A tinta é espremida da malha da porção gráfica para o substrato pelo rodo à medida que ele se move.Devido ao efeito viscoso da pasta, a impressão é fixada dentro de uma certa 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

O wafer de silício impresso em tela não pode ser usado diretamente.Ele precisa ser sinterizado rapidamente em um forno de sinterização para queimar o ligante de resina orgânica, deixando eletrodos de prata quase puros que ficam intimamente aderidos ao wafer 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 no material do eletrodo de prata fundido em uma certa proporção, formando assim o contato ôhmico dos eletrodos superiores e inferiores e melhorando o circuito aberto tensão e fator de enchimento da célula.O parâmetro chave é fazer com que 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.O objetivo da etapa de pré-sinterização é decompor e queimar o ligante polimérico na pasta, e a temperatura sobe lentamente nesta fase;na fase 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 fase;na etapa 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, também são necessárias instalações periféricas, como fonte de alimentação, energia, abastecimento de água, drenagem, HVAC, vácuo e vapor especial.A protecção contra incêndios e os equipamentos de protecção ambiental são também 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 apenas do processo e do equipamento de energia é de cerca de 1.800 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 qualidade eletrônica GB/T11446.1-1997 da China.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 do abastecimento de água deve ser de 15-20 °C.O volume de exaustão do vácuo é de cerca de 300M3/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 necessária a instalação de uma sala de gases especiais para garantir absolutamente a segurança da produção.Além disso, torres de combustão de silano e estações de tratamento de esgoto também são instalações necessárias para a produção de células.