Ogniwa słoneczne

Ogniwa słoneczne dzielą się na krzemowe krystaliczne i amorficzne. W obrębie tych ostatnich ogniwa krzemowe można dalej podzielić na monokrystaliczne i polikrystaliczne. Wydajność krzemu monokrystalicznego różni się od wydajności krzemu krystalicznego.

Klasyfikacja:

Powszechnie stosowane w Chinach ogniwa słoneczne z krystalicznego krzemu można podzielić na:

Pojedynczy kryształ 125*125

Pojedynczy kryształ 156*156

Polikrystaliczny 156*156

Pojedynczy kryształ 150*150

Pojedynczy kryształ 103*103

Polikrystaliczny 125*125

Proces produkcyjny:

Proces produkcji ogniw słonecznych dzieli się na kontrolę płytek krzemowych – teksturowanie powierzchni i trawienie – złącze dyfuzyjne – defosforyzację szkła krzemowego – trawienie i trawienie plazmowe – powłokę antyrefleksyjną – sitodruk – szybkie spiekanie itp. Szczegóły są następujące:

1. Kontrola płytek krzemowych

Płytki krzemowe są nośnikami ogniw słonecznych, a jakość płytek krzemowych bezpośrednio determinuje wydajność konwersji ogniw słonecznych. Dlatego konieczne jest sprawdzenie przychodzących płytek krzemowych. Proces ten jest głównie stosowany do pomiaru online niektórych parametrów technicznych płytek krzemowych, parametry te obejmują głównie nierówności powierzchni płytki, żywotność nośników mniejszościowych, rezystywność, typ P/N i mikropęknięcia itp. Ta grupa urządzeń jest podzielona na automatyczne ładowanie i rozładowywanie, transfer płytek krzemowych, część integracji systemu i cztery moduły detekcyjne. Spośród nich detektor płytek krzemowych fotowoltaicznych wykrywa nierówności powierzchni płytki krzemowej i jednocześnie wykrywa parametry wyglądu, takie jak rozmiar i przekątna płytki krzemowej; moduł wykrywania mikropęknięć służy do wykrywania wewnętrznych mikropęknięć płytki krzemowej; ponadto istnieją dwa moduły detekcji, jeden z modułów testowych online jest używany głównie do testowania rezystywności masowej płytek krzemowych i rodzaju płytek krzemowych, a drugi moduł jest używany do wykrywania czasu życia nośników mniejszościowych płytek krzemowych. Przed wykryciem czasu życia nośników mniejszościowych i rezystywności konieczne jest wykrycie pęknięć diagonalnych i mikropęknięć płytki krzemowej oraz automatyczne usunięcie uszkodzonej płytki krzemowej. Sprzęt do kontroli płytek krzemowych może automatycznie ładować i rozładowywać płytki oraz może umieszczać niekwalifikowane produkty w ustalonej pozycji, zwiększając w ten sposób dokładność i wydajność kontroli.

2. Powierzchnia teksturowana

Przygotowanie tekstury monokrystalicznego krzemu polega na wykorzystaniu anizotropowego trawienia krzemu w celu utworzenia milionów piramid tetraedrycznych, czyli struktur piramidalnych, na powierzchni każdego centymetra kwadratowego krzemu. Ze względu na wielokrotne odbicie i załamanie światła padającego na powierzchnię, absorpcja światła jest zwiększona, a prąd zwarciowy i wydajność konwersji baterii są poprawione. Anizotropowy roztwór trawiący krzemu jest zwykle gorącym roztworem alkalicznym. Dostępnymi alkaliami są wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu, wodorotlenek litu i etylenodiamina. Większość zamszowego krzemu jest przygotowywana przy użyciu niedrogiego rozcieńczonego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu około 1%, a temperatura trawienia wynosi 70-85 °C. Aby uzyskać jednolity zamsz, do roztworu należy również dodać alkohole, takie jak etanol i izopropanol, jako środki kompleksujące w celu przyspieszenia korozji krzemu. Przed przygotowaniem zamszu, wafel krzemowy musi zostać poddany wstępnemu trawieniu powierzchni, a około 20-25 μm jest trawione alkalicznym lub kwaśnym roztworem trawiącym. Po wytrawieniu zamszu przeprowadza się ogólne czyszczenie chemiczne. Przygotowane powierzchniowo wafle krzemowe nie powinny być przechowywane w wodzie przez długi czas, aby zapobiec zanieczyszczeniu, i powinny zostać rozproszone tak szybko, jak to możliwe.

3. Węzeł dyfuzyjny

Ogniwa słoneczne potrzebują złącza PN o dużej powierzchni, aby zrealizować konwersję energii świetlnej na energię elektryczną, a piec dyfuzyjny to specjalny sprzęt do produkcji złącza PN ogniw słonecznych. Rurowy piec dyfuzyjny składa się głównie z czterech części: górnej i dolnej części łódki kwarcowej, komory spalinowej, części korpusu pieca i części szafy gazowej. Dyfuzja zazwyczaj wykorzystuje ciekłe źródło tlenochlorku fosforu jako źródło dyfuzji. ​​Umieść płytkę krzemową typu P w pojemniku kwarcowym rurowego pieca dyfuzyjnego i użyj azotu, aby wprowadzić tlenochlorek fosforu do pojemnika kwarcowego w wysokiej temperaturze 850-900 stopni Celsjusza. Tlenochlorek fosforu reaguje z płytką krzemową, aby uzyskać atom fosforu. Po pewnym czasie atomy fosforu wnikają w warstwę powierzchniową płytki krzemowej ze wszystkich stron i przenikają oraz dyfundują do płytki krzemowej przez szczeliny między atomami krzemu, tworząc interfejs między półprzewodnikiem typu N a półprzewodnikiem typu P, czyli złącze PN. Złącze PN wytworzone tą metodą ma dobrą jednorodność, niejednorodność rezystancji warstwy wynosi mniej niż 10%, a czas życia nośników mniejszościowych może być dłuższy niż 10 ms. Wytworzenie złącza PN jest najbardziej podstawowym i krytycznym procesem w produkcji ogniw słonecznych. Ponieważ jest to formowanie złącza PN, elektrony i dziury nie wracają do swoich pierwotnych miejsc po przepłynięciu, tak że powstaje prąd, a prąd jest wyciągany przez przewód, który jest prądem stałym.

4. Defosforylacja szkła krzemianowego

Proces ten jest stosowany w procesie produkcji ogniw słonecznych. Poprzez trawienie chemiczne, płytka krzemowa jest zanurzana w roztworze kwasu fluorowodorowego w celu wywołania reakcji chemicznej w celu wytworzenia rozpuszczalnego związku kompleksowego kwasu heksafluorokrzemowego w celu usunięcia układu dyfuzyjnego. Warstwa szkła fosforokrzemianowego utworzona na powierzchni płytki krzemowej po połączeniu. Podczas procesu dyfuzji, POCL3 reaguje z O2, tworząc P2O5, który osadza się na powierzchni płytki krzemowej. P2O5 reaguje z Si, generując SiO2 i atomy fosforu. W ten sposób na powierzchni płytki krzemowej tworzy się warstwa SiO2 zawierająca pierwiastki fosforu, która jest nazywana szkłem fosforokrzemianowym. Sprzęt do usuwania szkła fosforokrzemianowego składa się zazwyczaj z korpusu głównego, zbiornika czyszczącego, układu serwomechanizmu, ramienia mechanicznego, układu sterowania elektrycznego i automatycznego układu dystrybucji kwasu. Głównymi źródłami zasilania są kwas fluorowodorowy, azot, sprężone powietrze, czysta woda, wiatr odprowadzający ciepło i ścieki. Kwas fluorowodorowy rozpuszcza krzemionkę, ponieważ kwas fluorowodorowy reaguje z krzemionką, wytwarzając lotny gaz tetrafluorku krzemu. Jeśli kwas fluorowodorowy jest nadmierny, tetrafluorek krzemu wytwarzany w reakcji będzie dalej reagował z kwasem fluorowodorowym, tworząc rozpuszczalny kompleks, kwas heksafluorokrzemowy.

5. Trawienie plazmowe

Ponieważ podczas procesu dyfuzji, nawet jeśli zostanie zastosowana dyfuzja typu back-to-back, fosfor nieuchronnie rozproszy się na wszystkich powierzchniach, w tym na krawędziach płytki krzemowej. Fotogenerowane elektrony zebrane na przedniej stronie złącza PN będą płynąć wzdłuż obszaru krawędzi, gdzie fosfor jest rozproszony do tylnej strony złącza PN, powodując zwarcie. Dlatego domieszkowany krzem wokół ogniwa słonecznego musi zostać wytrawiony, aby usunąć złącze PN na krawędzi ogniwa. Proces ten jest zwykle wykonywany przy użyciu technik trawienia plazmowego. Trawienie plazmowe odbywa się w stanie niskiego ciśnienia, macierzyste cząsteczki gazu reaktywnego CF4 są wzbudzane przez moc częstotliwości radiowej, aby wygenerować jonizację i utworzyć plazmę. Plazma składa się z naładowanych elektronów i jonów. Pod wpływem elektronów gaz w komorze reakcyjnej może absorbować energię i tworzyć dużą liczbę grup aktywnych, oprócz przekształcania się w jony. Aktywne grupy reaktywne docierają do powierzchni SiO2 wskutek dyfuzji lub pod wpływem pola elektrycznego, gdzie reagują chemicznie z powierzchnią materiału przeznaczonego do wytrawienia i tworzą lotne produkty reakcji, które oddzielają się od powierzchni materiału przeznaczonego do wytrawienia i są wypompowywane z wnęki przez system próżniowy.

6. Powłoka antyrefleksyjna

Współczynnik odbicia polerowanej powierzchni krzemu wynosi 35%. Aby zmniejszyć odbicie powierzchni i poprawić wydajność konwersji ogniwa, konieczne jest osadzenie warstwy antyrefleksyjnej azotku krzemu. W produkcji przemysłowej do przygotowywania powłok antyrefleksyjnych często stosuje się urządzenia PECVD. PECVD to osadzanie chemiczne z fazy gazowej wspomagane plazmą. Jego zasada techniczna polega na wykorzystaniu plazmy niskotemperaturowej jako źródła energii, próbkę umieszcza się na katodzie wyładowania jarzeniowego pod niskim ciśnieniem, wyładowanie jarzeniowe służy do ogrzania próbki do ustalonej temperatury, a następnie wprowadza się odpowiednią ilość gazów reaktywnych SiH4 i NH3. Po serii reakcji chemicznych i reakcji plazmowych na powierzchni próbki tworzy się warstwa w stanie stałym, czyli warstwa azotku krzemu. Ogólnie rzecz biorąc, grubość warstwy osadzonej tą metodą osadzania chemicznego z fazy gazowej wspomaganego plazmą wynosi około 70 nm. Warstwy o tej grubości mają funkcjonalność optyczną. Wykorzystując zasadę interferencji cienkich warstw, można znacznie zmniejszyć odbicie światła, znacznie zwiększyć prąd zwarciowy i moc wyjściową akumulatora, a także znacznie poprawić wydajność.

7. sitodruk

Po przejściu ogniwa słonecznego przez procesy teksturowania, dyfuzji i PECVD, powstaje złącze PN, które może generować prąd pod wpływem oświetlenia. Aby wyeksportować wygenerowany prąd, konieczne jest wykonanie dodatnich i ujemnych elektrod na powierzchni akumulatora. Istnieje wiele sposobów wykonania elektrod, a sitodruk jest najczęstszym procesem produkcyjnym elektrod ogniw słonecznych. Sitodruk polega na drukowaniu ustalonego wzoru na podłożu za pomocą tłoczenia. Sprzęt składa się z trzech części: nadruku pastą srebrno-aluminiową z tyłu akumulatora, nadruku pastą aluminiową z tyłu akumulatora i nadruku pastą srebrną z przodu akumulatora. Zasada działania jest następująca: użyj siatki wzoru sita, aby przeniknąć przez zawiesinę, zastosuj określony nacisk na część zawiesiny sita za pomocą skrobaka i przesuń się w kierunku drugiego końca sita w tym samym czasie. Atrament jest wyciskany z siatki części graficznej na podłoże przez raklę podczas jej ruchu. Ze względu na lepkie działanie pasty, nadruk jest utrwalony w pewnym zakresie, a rakiel zawsze pozostaje w liniowym kontakcie z płytą sitodrukową i podłożem podczas drukowania, a linia kontaktu przesuwa się wraz z ruchem rakli, aby zakończyć suw drukowania.

8. szybkie spiekanie

Sitodrukowany krzemowy wafel nie może być użyty bezpośrednio. Musi zostać szybko spiekany w piecu spiekalniczym, aby wypalić organiczny spoiwo żywiczne, pozostawiając niemal czyste srebrne elektrody, które są ściśle przylegające do krzemowego wafla dzięki działaniu szkła. Gdy temperatura srebrnej elektrody i krystalicznego krzemu osiągnie temperaturę eutektyczną, krystaliczne atomy krzemu są integrowane z roztopionym srebrnym materiałem elektrody w określonej proporcji, tworząc w ten sposób kontakt omowy górnej i dolnej elektrody oraz poprawiając napięcie obwodu otwartego i współczynnik wypełnienia ogniwa. Kluczowym parametrem jest nadanie mu charakterystyki rezystancyjnej w celu poprawy wydajności konwersji ogniwa.

Piec do spiekania jest podzielony na trzy etapy: wstępne spiekanie, spiekanie i chłodzenie. Celem etapu wstępnego spiekania jest rozkład i spalenie spoiwa polimerowego w zawiesinie, a temperatura na tym etapie powoli wzrasta; na etapie spiekania różne reakcje fizyczne i chemiczne są przeprowadzane w spiekanym korpusie, aby utworzyć strukturę oporową, czyniąc ją prawdziwie oporową. , temperatura osiąga szczyt na tym etapie; na etapie chłodzenia i chłodzenia szkło jest chłodzone, hartowane i zestalane, tak aby struktura oporowa była trwale przyklejona do podłoża.

9. Urządzenia peryferyjne

W procesie produkcji ogniw wymagane są również urządzenia peryferyjne, takie jak zasilanie, energia elektryczna, zaopatrzenie w wodę, drenaż, HVAC, próżnia i specjalna para. Ochrona przeciwpożarowa i urządzenia ochrony środowiska są również szczególnie ważne dla zapewnienia bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju. W przypadku linii produkcyjnej ogniw słonecznych o rocznej wydajności 50 MW, zużycie energii przez sam proces i urządzenia zasilające wynosi około 1800 kW. Ilość czystej wody procesowej wynosi około 15 ton na godzinę, a wymagania dotyczące jakości wody spełniają normę techniczną EW-1 chińskiej wody klasy elektronicznej GB/T11446.1-1997. Ilość wody chłodzącej procesowej wynosi również około 15 ton na godzinę, wielkość cząstek w jakości wody nie powinna być większa niż 10 mikronów, a temperatura wody zasilającej powinna wynosić 15-20 °C. Objętość wydechu próżniowego wynosi około 300 M3/H. Jednocześnie wymagane są również około 20 metrów sześciennych zbiorników do magazynowania azotu i 10 metrów sześciennych zbiorników do magazynowania tlenu. Biorąc pod uwagę czynniki bezpieczeństwa gazów specjalnych, takich jak silan, konieczne jest również utworzenie specjalnego pomieszczenia gazowego, aby zapewnić całkowite bezpieczeństwo produkcji. Ponadto wieże spalania silanu i stacje oczyszczania ścieków są również niezbędnymi obiektami do produkcji ogniw.