Solarne ćelije

Solarne ćelije se dijele na kristalni silicij i amorfni silicij, među kojima se kristalne silicijeve ćelije mogu dalje podijeliti na monokristalne ćelije i polikristalne ćelije;učinkovitost monokristalnog silicija je drugačija od one kristalnog silicija.

Klasifikacija:

Često korištene solarne ćelije od kristalnog silicija u Kini mogu se podijeliti na:

Monokristal 125*125

Monokristal 156*156

Polikristalni 156*156

Monokristal 150*150

Monokristal 103*103

Polikristalni 125*125

Proizvodni proces:

Proizvodni proces solarnih ćelija podijeljen je na inspekciju silikonske pločice – površinsko teksturiranje i dekapiranje – difuzijski spoj – defosforiziranje silikonskog stakla – plazma jetkanje i dekapiranje – antirefleksni premaz – sitotisak – brzo sinteriranje, itd. Detalji su sljedeći:

1. Inspekcija silikonske ploče

Silicijske pločice su nositelji solarnih ćelija, a kvaliteta silicijevih pločica izravno određuje učinkovitost pretvorbe solarnih ćelija.Stoga je potrebno pregledati ulazne silikonske pločice.Ovaj se postupak uglavnom koristi za mrežno mjerenje nekih tehničkih parametara silicijskih pločica, ti parametri uglavnom uključuju neravnine površine pločice, životni vijek manjinskog nositelja, otpornost, vrstu P/N i mikropukotine itd. Ova skupina opreme podijeljena je na automatsku opremu za punjenje i pražnjenje , prijenos silikonskih ploča, dio za integraciju sustava i četiri modula za detekciju.Među njima, fotonaponski detektor silicijske pločice detektira neravnine na površini silicijske pločice i istovremeno detektira parametre izgleda kao što su veličina i dijagonala silicijske pločice;modul za otkrivanje mikropukotina koristi se za otkrivanje unutarnjih mikropukotina silicijske pločice;osim toga, postoje dva modula za detekciju, jedan od mrežnih testnih modula uglavnom se koristi za ispitivanje ukupne otpornosti silicijevih pločica i vrste silicijskih pločica, a drugi modul se koristi za otkrivanje vijeka trajanja manjinskih nositelja silicijevih pločica.Prije detekcije životnog vijeka i otpora manjinskih nosača, potrebno je otkriti dijagonalne i mikropukotine silicijske pločice i automatski ukloniti oštećenu silicijsku pločicu.Oprema za inspekciju silicijskih pločica može automatski puniti i istovarati pločice te može postaviti nekvalificirane proizvode u fiksni položaj, čime se poboljšava točnost i učinkovitost inspekcije.

2. Površina s teksturom

Priprema teksture monokristalnog silicija sastoji se u korištenju anizotropnog jetkanja silicija za formiranje milijuna tetraedarskih piramida, odnosno piramidalnih struktura, na površini svakog kvadratnog centimetra silicija.Zbog višestruke refleksije i loma upadne svjetlosti na površini povećava se apsorpcija svjetlosti, poboljšava se struja kratkog spoja i učinkovitost pretvorbe baterije.Anizotropna otopina silicija za jetkanje obično je vruća alkalna otopina.Dostupne lužine su natrijev hidroksid, kalijev hidroksid, litijev hidroksid i etilendiamin.Većina antilop silicija se priprema korištenjem jeftine razrijeđene otopine natrijevog hidroksida s koncentracijom od oko 1%, a temperatura jetkanja je 70-85 °C.Kako bi se dobila ujednačena antilop, otopini bi također trebalo dodati alkohole kao što su etanol i izopropanol kao sredstva za kompleksiranje kako bi se ubrzala korozija silicija.Prije nego što se antilop pripremi, silikonska pločica mora biti podvrgnuta preliminarnom površinskom jetkanju, a oko 20-25 μm je jetkano alkalnom ili kiselom otopinom za jetkanje.Nakon što je antilop jetkan, provodi se opće kemijsko čišćenje.Površinski pripremljene silikonske pločice ne smiju se dugo čuvati u vodi kako bi se spriječila kontaminacija i treba ih raspršiti što je prije moguće.

3. Difuzijski čvor

Solarne ćelije trebaju PN spoj velike površine kako bi ostvarile pretvorbu svjetlosne energije u električnu energiju, a difuzijska peć je posebna oprema za proizvodnju PN spoja solarnih ćelija.Cijevasta difuzijska peć uglavnom se sastoji od četiri dijela: gornjeg i donjeg dijela kvarcnog čamca, komore za ispušne plinove, dijela tijela peći i dijela plinskog ormarića.Difuzija općenito koristi tekući izvor fosfornog oksiklorida kao izvor difuzije.Stavite silicijsku pločicu P-tipa u kvarcni spremnik cjevaste difuzijske peći i pomoću dušika dovedite fosforni oksiklorid u kvarcni spremnik na visokoj temperaturi od 850-900 stupnjeva Celzijusa.Fosforov oksiklorid reagira sa silicijskom pločicom da bi se dobio fosfor.atom.Nakon određenog vremena, atomi fosfora ulaze u površinski sloj silicijske pločice sa svih strana te prodiru i difundiraju u silicijsku pločicu kroz praznine između atoma silicija, tvoreći sučelje između poluvodiča N-tipa i P- tip poluvodiča, odnosno PN spoj.PN spoj proizveden ovom metodom ima dobru ujednačenost, neujednačenost otpora ploče manja je od 10%, a životni vijek manjinskog nosača može biti veći od 10 ms.Izrada PN spoja najosnovniji je i najkritičniji proces u proizvodnji solarnih ćelija.Budući da je to formiranje PN spoja, elektroni i šupljine se ne vraćaju na svoja izvorna mjesta nakon protoka, tako da se stvara struja, a struja se izvlači žicom, što je istosmjerna struja.

4. Defosforilacijsko silikatno staklo

Ovaj se postupak koristi u procesu proizvodnje solarnih ćelija.Kemijskim nagrizanjem, silicijska pločica se uranja u otopinu fluorovodične kiseline kako bi se proizvela kemijska reakcija za stvaranje topljivog kompleksnog spoja heksafluorosilicijeve kiseline kako bi se uklonio difuzijski sustav.Sloj fosfosilikatnog stakla formiran je na površini silicijske pločice nakon spajanja.Tijekom procesa difuzije, POCL3 reagira s O2 stvarajući P2O5 koji se taloži na površini silicijske pločice.P2O5 reagira sa Si stvarajući atome SiO2 i fosfora. Na taj način se na površini silicijske pločice formira sloj SiO2 koji sadrži fosforne elemente, što se naziva fosfosilikatno staklo.Oprema za uklanjanje fosfornog silikatnog stakla općenito se sastoji od glavnog tijela, spremnika za čišćenje, servo pogonskog sustava, mehaničke ruke, električnog upravljačkog sustava i sustava za automatsku distribuciju kiseline.Glavni izvori energije su fluorovodična kiselina, dušik, komprimirani zrak, čista voda, ispušna toplina vjetra i otpadna voda.Fluorovodična kiselina otapa silicij jer fluorovodična kiselina reagira sa silicijevim dioksidom stvarajući hlapljivi plin silicijev tetrafluorid.Ako je fluorovodična kiselina suvišna, silicijev tetrafluorid proizveden reakcijom će dalje reagirati s fluorovodičnom kiselinom i formirati topljivi kompleks, heksafluorosilicijevu kiselinu.

5. Plazma jetkanje

Budući da će se tijekom procesa difuzije, čak i ako se usvoji difuzija back-to-back, fosfor neizbježno difundirati na sve površine uključujući rubove silicijske pločice.Fotogenerirani elektroni prikupljeni na prednjoj strani PN spoja teći će duž rubnog područja gdje se fosfor difundira na stražnju stranu PN spoja, uzrokujući kratki spoj.Stoga se dopirani silicij oko solarne ćelije mora urezati kako bi se uklonio PN spoj na rubu ćelije.Ovaj se proces obično izvodi tehnikama plazma jetkanja.Jetkanje plazmom je u stanju niskog tlaka, matične molekule reaktivnog plina CF4 pobuđuju se radiofrekvencijskom snagom kako bi generirale ionizaciju i formirale plazmu.Plazma se sastoji od nabijenih elektrona i iona.Pod udarom elektrona, plin u reakcijskoj komori može apsorbirati energiju i formirati veliki broj aktivnih skupina osim što se pretvara u ione.Aktivne reaktivne skupine difuzijom ili pod djelovanjem električnog polja dospijevaju na površinu SiO2, gdje kemijski reagiraju s površinom materijala koji se gravira i tvore hlapljive produkte reakcije koji se odvajaju od površine materijala koji se gravira. urezani, a vakuumski sustav ih ispumpava iz šupljine.

6. Antirefleksni premaz

Reflektivnost površine poliranog silicija je 35%.Kako bi se smanjila površinska refleksija i poboljšala učinkovitost pretvorbe ćelije, potrebno je nanijeti sloj antirefleksijskog filma od silicijevog nitrida.U industrijskoj proizvodnji, PECVD oprema se često koristi za pripremu antirefleksnih filmova.PECVD je plazma pojačano kemijsko taloženje iz pare.Njegov tehnički princip je korištenje niskotemperaturne plazme kao izvora energije, uzorak se postavlja na katodu tinjajućeg izboja pod niskim tlakom, tinjajući izboj se koristi za zagrijavanje uzorka na unaprijed određenu temperaturu, a zatim odgovarajuća količina uvode se reaktivni plinovi SiH4 i NH3.Nakon niza kemijskih reakcija i reakcija u plazmi, na površini uzorka nastaje film čvrstog stanja, odnosno film silicijevog nitrida.Općenito, debljina filma taloženog ovom plazma-pojačanom metodom kemijskog taloženja iz pare je oko 70 nm.Filmovi ove debljine imaju optičku funkcionalnost.Korištenjem principa interferencije tankog filma, refleksija svjetlosti može se uvelike smanjiti, struja kratkog spoja i snaga baterije se uvelike povećavaju, a učinkovitost se također uvelike poboljšava.

7. sitotisak

Nakon što je solarna ćelija prošla kroz procese teksturiranja, difuzije i PECVD, formiran je PN spoj koji može generirati struju pod osvjetljenjem.Za izvođenje generirane struje potrebno je na površini baterije napraviti pozitivne i negativne elektrode.Postoji mnogo načina za izradu elektroda, a sitotisak je najčešći proizvodni proces za izradu elektroda solarnih ćelija.Sitotisak je ispisivanje unaprijed određenog uzorka na podlogu utiskivanjem.Oprema se sastoji od tri dijela: tisak srebrno-aluminijske paste na stražnjoj strani baterije, tisak aluminijske paste na stražnjoj strani baterije i tisak srebrne paste na prednjoj strani baterije.Njegovo načelo rada je: upotrijebite mrežicu uzorka sita da prodrete u gnojnicu, primijenite određeni pritisak na dio sita za gnojnicu strugačem i istovremeno se pomaknite prema drugom kraju sita.Tinta se istiskuje iz mrežice grafičkog dijela na podlogu pomoću brisača dok se pomiče.Zbog viskoznog učinka paste, otisak je fiksiran unutar određenog raspona, a brisač je uvijek u linearnom kontaktu s pločom za sitotisak i podlogom tijekom tiskanja, a kontaktna linija se pomiče s kretanjem brisača kako bi dovršila tiskovni potez.

8. brzo sinterovanje

Silikonska pločica sa sitotiskom ne može se koristiti izravno.Potrebno ga je brzo sinterirati u peći za sinteriranje kako bi se izgorjelo vezivo od organske smole, ostavljajući gotovo čiste srebrne elektrode koje su tijesno priljubljene uz silikonsku pločicu zbog djelovanja stakla.Kada temperatura srebrne elektrode i kristalnog silicija dosegne eutektičku temperaturu, atomi kristalnog silicija integriraju se u rastaljeni materijal srebrne elektrode u određenom omjeru, čime se stvara omski kontakt gornje i donje elektrode i poboljšava otvoreni krug napon i faktor punjenja ćelije.Ključni parametar je da ima karakteristike otpornosti kako bi se poboljšala učinkovitost pretvorbe ćelije.

Peć za sinteriranje podijeljena je u tri faze: predsinterovanje, sinterovanje i hlađenje.Svrha faze predsinteriranja je razgradnja i spaljivanje polimernog veziva u kaši, a temperatura u ovoj fazi polako raste;u fazi sinteriranja, različite fizikalne i kemijske reakcije se dovršavaju u sinteriranom tijelu kako bi se formirala struktura otpornog filma, što ga čini istinski otpornim., temperatura doseže vrhunac u ovoj fazi;u fazi hlađenja i hlađenja, staklo se hladi, stvrdnjava i skrućuje, tako da je struktura otpornog filma čvrsto pričvršćena na podlogu.

9. Periferije

U procesu proizvodnje ćelija potrebni su i periferni objekti kao što su napajanje, napajanje, vodoopskrba, odvodnja, HVAC, vakuum i posebna para.Oprema za zaštitu od požara i zaštitu okoliša također je posebno važna za osiguranje sigurnosti i održivog razvoja.Za proizvodnu liniju solarnih ćelija s godišnjom proizvodnjom od 50 MW, potrošnja energije samog procesa i energetske opreme je oko 1800 KW.Količina procesne čiste vode je oko 15 tona po satu, a zahtjevi za kvalitetom vode zadovoljavaju tehnički standard EW-1 kineske elektroničke vode GB/T11446.1-1997.Količina vode za procesno hlađenje je također oko 15 tona na sat, veličina čestica u kvaliteti vode ne smije biti veća od 10 mikrona, a temperatura dovodne vode treba biti 15-20 °C.Volumen vakuumskog ispuha je oko 300M3/H.Istodobno je potrebno oko 20 kubika spremnika za dušik i 10 kubika za kisik.Uzimajući u obzir sigurnosne čimbenike posebnih plinova kao što je silan, također je potrebno postaviti posebnu prostoriju za plin kako bi se apsolutno osigurala sigurnost proizvodnje.Osim toga, tornjevi za izgaranje silana i stanice za pročišćavanje otpadnih voda također su neophodni objekti za proizvodnju ćelija.