celle solari

Le celle solari si dividono in silicio cristallino e silicio amorfo, a loro volta suddivisibili in celle monocristalline e celle policristalline; l'efficienza del silicio monocristallino è diversa da quella del silicio cristallino.

Classificazione:

Le celle solari in silicio cristallino comunemente utilizzate in Cina possono essere suddivise in:

Monocristallo 125*125

Monocristallo 156*156

Policristallino 156*156

Monocristallo 150*150

Monocristallo 103*103

Policristallino 125*125

Processo di fabbricazione:

Il processo di produzione delle celle solari è suddiviso in ispezione del wafer di silicio, testurizzazione e decapaggio della superficie, giunzione di diffusione, defosforazione del vetro di silicio, incisione al plasma e decapaggio, rivestimento antiriflesso, serigrafia, sinterizzazione rapida, ecc. I dettagli sono i seguenti:

1. Ispezione del wafer di silicio

I wafer di silicio sono i supporti delle celle solari e la loro qualità determina direttamente l'efficienza di conversione delle stesse. Pertanto, è necessario ispezionare i wafer di silicio in ingresso. Questo processo viene utilizzato principalmente per la misurazione online di alcuni parametri tecnici dei wafer di silicio, tra cui: irregolarità della superficie del wafer, durata di vita dei portatori minoritari, resistività, tipo di P/N e microfratture, ecc. Questo gruppo di apparecchiature è suddiviso in carico e scarico automatici, trasferimento dei wafer di silicio, integrazione di sistema e quattro moduli di rilevamento. Tra questi, il rilevatore di wafer di silicio fotovoltaico rileva le irregolarità della superficie del wafer e contemporaneamente ne rileva parametri estetici come le dimensioni e la diagonale; il modulo di rilevamento delle microfratture viene utilizzato per rilevare le microfratture interne del wafer di silicio; inoltre, sono presenti due moduli di rilevamento: uno per i test online viene utilizzato principalmente per testare la resistività di massa dei wafer di silicio e il tipo di wafer, mentre l'altro modulo viene utilizzato per rilevare la durata di vita dei portatori minoritari dei wafer di silicio. Prima di rilevare la durata di vita e la resistività dei portatori minoritari, è necessario rilevare le fessure diagonali e le microfratture del wafer di silicio e rimuovere automaticamente il wafer danneggiato. Le apparecchiature di ispezione dei wafer di silicio possono caricare e scaricare automaticamente i wafer e posizionare i prodotti non qualificati in una posizione fissa, migliorando così la precisione e l'efficienza dell'ispezione.

2. Superficie strutturata

La preparazione della texture del silicio monocristallino consiste nell'utilizzare l'incisione anisotropica del silicio per formare milioni di piramidi tetraedriche, ovvero strutture piramidali, sulla superficie di ogni centimetro quadrato di silicio. Grazie alla riflessione e rifrazione multiple della luce incidente sulla superficie, l'assorbimento della luce aumenta e la corrente di cortocircuito e l'efficienza di conversione della batteria vengono migliorate. La soluzione di incisione anisotropica del silicio è solitamente una soluzione alcalina calda. Gli alcali disponibili sono idrossido di sodio, idrossido di potassio, idrossido di litio ed etilendiammina. La maggior parte del silicio scamosciato viene preparata utilizzando una soluzione diluita economica di idrossido di sodio con una concentrazione di circa l'1% e una temperatura di incisione di 70-85 °C. Per ottenere uno scamosciato uniforme, è necessario aggiungere alla soluzione anche alcoli come etanolo e isopropanolo come agenti complessanti per accelerare la corrosione del silicio. Prima di preparare la pelle scamosciata, il wafer di silicio deve essere sottoposto a un'incisione superficiale preliminare, con uno spessore di circa 20-25 μm inciso con una soluzione alcalina o acida. Dopo l'incisione, viene eseguita una pulizia chimica generale. I wafer di silicio preparati in superficie non devono essere conservati in acqua per lungo tempo per evitare contaminazioni e devono essere diffusi il prima possibile.

3. Nodo di diffusione

Le celle solari necessitano di una giunzione PN di ampia superficie per realizzare la conversione dell'energia luminosa in energia elettrica, e un forno a diffusione è un'apparecchiatura speciale per la produzione della giunzione PN delle celle solari. Il forno a diffusione tubolare è composto principalmente da quattro parti: la parte superiore e inferiore del corpo in quarzo, la camera dei gas di scarico, il corpo del forno e la parte dell'armadio dei gas. La diffusione utilizza generalmente una sorgente liquida di ossicloruro di fosforo come sorgente di diffusione. Si inserisce il wafer di silicio di tipo P nel contenitore di quarzo del forno a diffusione tubolare e si utilizza azoto per portare l'ossicloruro di fosforo nel contenitore di quarzo ad alta temperatura di 850-900 gradi Celsius. L'ossicloruro di fosforo reagisce con il wafer di silicio per ottenere atomi di fosforo. Dopo un certo periodo di tempo, gli atomi di fosforo penetrano nello strato superficiale del wafer di silicio da tutti i lati, penetrando e diffondendo nel wafer di silicio attraverso gli spazi tra gli atomi di silicio, formando l'interfaccia tra il semiconduttore di tipo N e il semiconduttore di tipo P, ovvero la giunzione PN. La giunzione PN prodotta con questo metodo presenta una buona uniformità, la non uniformità della resistenza di strato è inferiore al 10% e la durata dei portatori minoritari può essere superiore a 10 ms. La fabbricazione della giunzione PN è il processo più elementare e critico nella produzione di celle solari. Poiché si forma la giunzione PN, gli elettroni e le lacune non tornano alle loro posizioni originali dopo essere passati, quindi si forma una corrente che viene assorbita da un filo, che è una corrente continua.

4. Defosforilazione del vetro silicato

Questo processo viene utilizzato nella produzione di celle solari. Tramite l'incisione chimica, il wafer di silicio viene immerso in una soluzione di acido fluoridrico per produrre una reazione chimica che genera un composto complesso solubile, l'acido esafluorosilicico, per rimuovere il sistema di diffusione. Uno strato di vetro fosfosilicato si forma sulla superficie del wafer di silicio dopo la giunzione. Durante il processo di diffusione, il POCL3 reagisce con l'O2 per formare P2O5 che si deposita sulla superficie del wafer di silicio. P2O5 reagisce con il Si per generare SiO2 e atomi di fosforo. In questo modo, sulla superficie del wafer di silicio si forma uno strato di SiO2 contenente elementi di fosforo, chiamato vetro fosfosilicato. L'apparecchiatura per la rimozione del vetro fosfosilicato è generalmente composta da corpo principale, vasca di pulizia, sistema di servoazionamento, braccio meccanico, sistema di controllo elettrico e sistema automatico di distribuzione dell'acido. Le principali fonti di energia sono acido fluoridrico, azoto, aria compressa, acqua pura, vento di scarico termico e acque reflue. L'acido fluoridrico dissolve la silice perché reagisce con essa generando gas volatile di tetrafluoruro di silicio. Se l'acido fluoridrico è in eccesso, il tetrafluoruro di silicio prodotto dalla reazione reagirà ulteriormente con l'acido fluoridrico formando un complesso solubile, l'acido esafluorosilicico.

5. Incisione al plasma

Poiché durante il processo di diffusione, anche adottando la diffusione back-to-back, il fosforo si diffonderà inevitabilmente su tutte le superfici, compresi i bordi del wafer di silicio. Gli elettroni fotogenerati, raccolti sul lato anteriore della giunzione PN, fluiranno lungo l'area del bordo dove il fosforo si diffonde verso il lato posteriore della giunzione PN, causando un cortocircuito. Pertanto, il silicio drogato attorno alla cella solare deve essere inciso per rimuovere la giunzione PN sul bordo della cella. Questo processo viene solitamente eseguito utilizzando tecniche di incisione al plasma. L'incisione al plasma avviene in uno stato di bassa pressione: le molecole madri del gas reattivo CF4 vengono eccitate dalla potenza della radiofrequenza per generare ionizzazione e formare plasma. Il plasma è composto da elettroni e ioni carichi. Sotto l'impatto degli elettroni, il gas nella camera di reazione può assorbire energia e formare un gran numero di gruppi attivi oltre a essere convertito in ioni. I gruppi reattivi attivi raggiungono la superficie di SiO2 per diffusione o sotto l'azione di un campo elettrico, dove reagiscono chimicamente con la superficie del materiale da incidere e formano prodotti di reazione volatili che si separano dalla superficie del materiale da incidere e vengono pompati fuori dalla cavità dal sistema a vuoto.

6. Rivestimento antiriflesso

La riflettività della superficie di silicio lucidato è del 35%. Per ridurre la riflessione superficiale e migliorare l'efficienza di conversione della cella, è necessario depositare uno strato di film antiriflesso di nitruro di silicio. Nella produzione industriale, le apparecchiature PECVD vengono spesso utilizzate per preparare film antiriflesso. PECVD è l'acronimo di Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). Il suo principio tecnico consiste nell'utilizzare un plasma a bassa temperatura come fonte di energia: il campione viene posizionato sul catodo della scarica luminescente a bassa pressione, la scarica luminescente viene utilizzata per riscaldare il campione a una temperatura predeterminata e quindi viene introdotta una quantità appropriata di gas reattivi SiH4 e NH3. Dopo una serie di reazioni chimiche e al plasma, sulla superficie del campione si forma un film allo stato solido, ovvero un film di nitruro di silicio. In generale, lo spessore del film depositato con questo metodo di deposizione chimica da vapore potenziata al plasma è di circa 70 nm. I film di questo spessore hanno funzionalità ottica. Utilizzando il principio dell'interferenza del film sottile, è possibile ridurre notevolmente la riflessione della luce, aumentare notevolmente la corrente di cortocircuito e la potenza in uscita della batteria e migliorare notevolmente anche l'efficienza.

7. serigrafia

Dopo che la cella solare è stata sottoposta ai processi di testurizzazione, diffusione e PECVD, si è formata una giunzione PN, in grado di generare corrente sotto illuminazione. Per esportare la corrente generata, è necessario realizzare elettrodi positivi e negativi sulla superficie della batteria. Esistono molti modi per realizzare gli elettrodi e la serigrafia è il processo di produzione più comune per la realizzazione di elettrodi per celle solari. La serigrafia consiste nella stampa di un motivo predeterminato sul substrato mediante goffratura. L'apparecchiatura è composta da tre parti: stampa con pasta di argento-alluminio sul retro della batteria, stampa con pasta di alluminio sul retro della batteria e stampa con pasta d'argento sul fronte della batteria. Il suo principio di funzionamento è: utilizzare la maglia del motivo retinato per penetrare nella poltiglia, applicare una certa pressione sulla parte poltiglia del retino con un raschietto e muoversi contemporaneamente verso l'altra estremità del retino. L'inchiostro viene spremuto dalla maglia della parte grafica sul substrato dalla racla durante il movimento. Grazie all'effetto viscoso della pasta, l'impronta viene fissata entro un certo intervallo e la racla è sempre in contatto lineare con la lastra serigrafica e il substrato durante la stampa; la linea di contatto si sposta con il movimento della racla per completare la corsa di stampa.

8. sinterizzazione rapida

Il wafer di silicio serigrafato non può essere utilizzato direttamente. Deve essere sinterizzato rapidamente in un forno di sinterizzazione per bruciare il legante di resina organica, lasciando elettrodi di argento quasi puro che aderiscono saldamente al wafer di silicio grazie all'azione del vetro. Quando la temperatura dell'elettrodo d'argento e del silicio cristallino raggiunge la temperatura eutettica, gli atomi di silicio cristallino vengono integrati nel materiale dell'elettrodo d'argento fuso in una certa proporzione, formando così il contatto ohmico tra gli elettrodi superiore e inferiore e migliorando la tensione a circuito aperto e il fattore di riempimento della cella. Il parametro chiave è dotarlo di caratteristiche di resistenza per migliorare l'efficienza di conversione della cella.

Il forno di sinterizzazione è suddiviso in tre fasi: pre-sinterizzazione, sinterizzazione e raffreddamento. Lo scopo della fase di pre-sinterizzazione è quello di decomporre e bruciare il legante polimerico nella sospensione, e la temperatura aumenta lentamente in questa fase; nella fase di sinterizzazione, diverse reazioni fisiche e chimiche si completano nel corpo sinterizzato per formare una struttura a film resistivo, rendendolo effettivamente resistivo. In questa fase, la temperatura raggiunge un picco; nella fase di raffreddamento, il vetro viene raffreddato, indurito e solidificato, in modo che la struttura a film resistivo aderisca saldamente al substrato.

9. Periferiche

Nel processo di produzione delle celle, sono necessari anche impianti periferici come alimentazione elettrica, corrente elettrica, approvvigionamento idrico, drenaggio, HVAC, vuoto e vapore speciale. Anche le apparecchiature antincendio e di protezione ambientale sono particolarmente importanti per garantire la sicurezza e lo sviluppo sostenibile. Per una linea di produzione di celle solari con una potenza annua di 50 MW, il consumo energetico del processo e delle sole apparecchiature di alimentazione è di circa 1800 kW. La quantità di acqua pura di processo è di circa 15 tonnellate all'ora e i requisiti di qualità dell'acqua soddisfano lo standard tecnico EW-1 della Cina per l'acqua di grado elettronico GB/T11446.1-1997. Anche la quantità di acqua di raffreddamento di processo è di circa 15 tonnellate all'ora, la granulometria dell'acqua di qualità non deve essere superiore a 10 micron e la temperatura di alimentazione dell'acqua deve essere di 15-20 °C. Il volume di scarico del vuoto è di circa 300 m³/h. Allo stesso tempo, sono necessari anche circa 20 metri cubi di serbatoi di stoccaggio dell'azoto e 10 metri cubi di serbatoi di stoccaggio dell'ossigeno. Considerando i fattori di sicurezza di gas speciali come il silano, è inoltre necessario allestire una camera gas specifica per garantire la massima sicurezza produttiva. Anche le torri di combustione del silano e gli impianti di trattamento delle acque reflue sono impianti essenziali per la produzione di celle.