Zonnecellen

Zonnecellen worden onderverdeeld in kristallijn silicium en amorf silicium. Kristallijne siliciumcellen kunnen daarnaast nog onderverdeeld worden in monokristallijne cellen en polykristallijne cellen. De efficiëntie van monokristallijn silicium verschilt van die van kristallijn silicium.

Classificatie:

De meest gebruikte zonnecellen van kristallijn silicium in China kunnen worden onderverdeeld in:

Enkel kristal 125*125

Enkel kristal 156*156

Polykristallijn 156*156

Enkel kristal 150*150

Enkel kristal 103*103

Polykristallijn 125*125

Productieproces:

Het productieproces van zonnecellen is onderverdeeld in inspectie van siliciumwafers – oppervlaktetextuur en beitsen – diffusieverbinding – defosforisering van siliciumglas – plasma-etsen en beitsen – antireflectiecoating – zeefdruk – snel sinteren, enz. De details zijn als volgt:

1. Inspectie van siliciumwafers

Siliciumwafers zijn de dragers van zonnecellen, en de kwaliteit van siliciumwafers bepaalt direct de conversie-efficiëntie van zonnecellen. Daarom is het noodzakelijk om binnenkomende siliciumwafers te inspecteren. Dit proces wordt voornamelijk gebruikt voor online meting van enkele technische parameters van siliciumwafers, waaronder de oneffenheid van het waferoppervlak, de levensduur van minoriteitsladingen, de soortelijke weerstand, het P/N-type en microscheuren, enz. Deze groep apparatuur is onderverdeeld in automatische laad- en losfuncties, siliciumwaferoverdracht, systeemintegratie en vier detectiemodules. Hiertoe behoort de fotovoltaïsche siliciumwaferdetector die de oneffenheid van het siliciumwaferoppervlak detecteert en tegelijkertijd de verschijningsparameters zoals de grootte en diagonaal van de siliciumwafer detecteert; de microscheurdetectiemodule wordt gebruikt om de interne microscheuren van de siliciumwafer te detecteren; Daarnaast zijn er twee detectiemodules. Eén van de online testmodules wordt voornamelijk gebruikt om de bulkweerstand van siliciumwafers en het type siliciumwafers te testen, en de andere module wordt gebruikt om de levensduur van de minoriteitsladingdragers van siliciumwafers te detecteren. Voordat de levensduur en weerstand van de minoriteitsladingdragers kunnen worden gedetecteerd, moeten de diagonale en microscheurtjes in de siliciumwafer worden gedetecteerd en de beschadigde siliciumwafer automatisch worden verwijderd. Apparatuur voor de inspectie van siliciumwafers kan wafers automatisch laden en ontladen en ongeschikte producten op een vaste positie plaatsen, wat de nauwkeurigheid en efficiëntie van de inspectie verbetert.

2. Oppervlaktetextuur

De bereiding van monokristallijn siliciumtextuur bestaat uit het anisotroop etsen van silicium om miljoenen tetraëdrische piramides, oftewel piramidestructuren, te vormen op het oppervlak van elke vierkante centimeter silicium. Door de meervoudige reflectie en breking van invallend licht op het oppervlak neemt de lichtabsorptie toe en worden de kortsluitstroom en de conversie-efficiëntie van de batterij verbeterd. De anisotrope etsoplossing van silicium is meestal een hete alkalische oplossing. De beschikbare alkaliën zijn natriumhydroxide, kaliumhydroxide, lithiumhydroxide en ethyleendiamine. Het meeste suèdesilicium wordt bereid met behulp van een goedkope verdunde oplossing van natriumhydroxide met een concentratie van ongeveer 1%, en de etstemperatuur is 70-85 °C. Om een ​​uniform suède te verkrijgen, moeten ook alcoholen zoals ethanol en isopropanol als complexvormers aan de oplossing worden toegevoegd om de corrosie van silicium te versnellen. Voordat het suède wordt voorbereid, moet de siliciumwafer worden onderworpen aan een voorbereidende oppervlakte-etsing. Ongeveer 20-25 μm wordt geëtst met een alkalische of zure etsoplossing. Nadat het suède is geëtst, vindt een algemene chemische reiniging plaats. De oppervlakte-voorbereide siliciumwafers mogen niet langdurig in water worden bewaard om besmetting te voorkomen en moeten zo snel mogelijk worden gediffundeerd.

3. Diffusieknoop

Zonnecellen hebben een PN-overgang met een groot oppervlak nodig om lichtenergie om te zetten in elektrische energie. Een diffusie-oven is een speciale apparatuur voor de productie van de PN-overgang van zonnecellen. De buisvormige diffusie-oven bestaat hoofdzakelijk uit vier onderdelen: het bovenste en onderste deel van de kwartsboot, de uitlaatgaskamer, het ovenlichaam en het gaskastgedeelte. Diffusie gebruikt over het algemeen een vloeibare fosforoxychloridebron als diffusiebron. Plaats de P-type siliciumwafer in de kwartscontainer van de buisvormige diffusie-oven en gebruik stikstof om fosforoxychloride bij een hoge temperatuur van 850-900 graden Celsius in de kwartscontainer te brengen. Het fosforoxychloride reageert met de siliciumwafer om een ​​fosforatoom te vormen. Na verloop van tijd dringen fosforatomen van alle kanten de oppervlaktelaag van de siliciumwafer binnen en penetreren en diffunderen in de siliciumwafer via de openingen tussen de siliciumatomen. Hierdoor ontstaat de interface tussen de N-type halfgeleider en de P-type halfgeleider, oftewel de PN-overgang. De met deze methode geproduceerde PN-overgang heeft een goede uniformiteit, de ongelijkmatigheid van de bladweerstand is minder dan 10% en de levensduur van de minoriteitslading kan meer dan 10 ms bedragen. De fabricage van een PN-overgang is het meest basale en kritische proces in de productie van zonnecellen. Omdat het de vorming van de PN-overgang betreft, keren de elektronen en gaten na het stromen niet terug naar hun oorspronkelijke plaats, waardoor er een stroom ontstaat die via een draad wordt afgevoerd, wat gelijkstroom is.

4. Defosforylering van silicaatglas

Dit proces wordt gebruikt in het productieproces van zonnecellen. Door middel van chemisch etsen wordt de siliciumwafer ondergedompeld in een oplossing van waterstoffluoride (HF) om een ​​chemische reactie teweeg te brengen die leidt tot de vorming van een oplosbaar complex hexafluorokiezelzuur, waardoor het diffusiesysteem wordt verwijderd. Na de verbinding vormt zich een laag fosfosilicaatglas op het oppervlak van de siliciumwafer. Tijdens het diffusieproces reageert POCL3 met O2 tot P2O5, dat zich afzet op het oppervlak van de siliciumwafer. P2O5 reageert met Si tot SiO2- en fosforatomen. Op deze manier wordt een laag SiO2 met fosforelementen gevormd op het oppervlak van de siliciumwafer, fosfosilicaatglas genoemd. De apparatuur voor het verwijderen van fosforsilicaatglas bestaat over het algemeen uit de hoofdbehuizing, een reinigingstank, een servoaandrijfsysteem, een mechanische arm, een elektrisch besturingssysteem en een automatisch zuurdistributiesysteem. De belangrijkste energiebronnen zijn waterstoffluoride, stikstof, perslucht, zuiver water, warmteafvoerwind en afvalwater. Fluorwaterstofzuur lost silica op omdat fluorwaterstofzuur reageert met silica en daarbij vluchtig siliciumtetrafluoridegas vormt. Bij een overmaat aan fluorwaterstofzuur zal het door de reactie gevormde siliciumtetrafluoride verder reageren met het fluorwaterstofzuur en een oplosbaar complex vormen: hexafluorokiezelzuur.

5. Plasma-etsen

Omdat tijdens het diffusieproces, zelfs bij back-to-back diffusie, fosfor onvermijdelijk zal diffunderen op alle oppervlakken, inclusief de randen van de siliciumwafer, zullen fotogegenereerde elektronen die aan de voorzijde van de PN-overgang worden verzameld, langs de rand stromen waar fosfor naar de achterzijde van de PN-overgang diffundeert, wat een kortsluiting veroorzaakt. Daarom moet het gedoteerde silicium rond de zonnecel worden geëtst om de PN-overgang aan de celrand te verwijderen. Dit proces wordt meestal uitgevoerd met behulp van plasma-etstechnieken. Plasma-etsen vindt plaats in een toestand met lage druk, waarbij de moedermoleculen van het reactieve gas CF4 worden geëxciteerd door radiofrequente energie om ionisatie te genereren en plasma te vormen. Plasma bestaat uit geladen elektronen en ionen. Onder invloed van elektronen kan het gas in de reactiekamer energie absorberen en een groot aantal actieve groepen vormen, naast het omzetten in ionen. De actieve reactieve groepen bereiken het oppervlak van SiO2 door diffusie of onder invloed van een elektrisch veld, waar ze chemisch reageren met het oppervlak van het te etsen materiaal. Hierbij ontstaan ​​vluchtige reactieproducten die zich van het oppervlak van het te etsen materiaal afscheiden en door het vacuümsysteem uit de holte worden gepompt.

6. Antireflectiecoating

De reflectiviteit van het gepolijste siliciumoppervlak is 35%. Om de oppervlaktereflectie te verminderen en de conversie-efficiëntie van de cel te verbeteren, is het noodzakelijk om een ​​laag antireflectiefilm van siliciumnitride af te zetten. In de industriële productie wordt vaak PECVD-apparatuur gebruikt om antireflectiefilms te vervaardigen. PECVD staat voor plasmaversterkte chemische dampdepositie (CVD). Het technische principe is dat plasma met lage temperatuur als energiebron wordt gebruikt, waarbij het monster onder lage druk op de kathode van de gloeiontlading wordt geplaatst, de gloeiontlading wordt gebruikt om het monster te verwarmen tot een vooraf bepaalde temperatuur, en vervolgens wordt een geschikte hoeveelheid reactieve gassen SiH4 en NH3 toegevoegd. Na een reeks chemische reacties en plasmareacties wordt een vaste-stoffilm, dat wil zeggen een siliciumnitridefilm, gevormd op het oppervlak van het monster. Over het algemeen is de dikte van de film die met deze plasmaversterkte chemische dampdepositiemethode wordt afgezet ongeveer 70 nm. Films met deze dikte hebben optische functionaliteit. Door gebruik te maken van het principe van dunnefilminterferentie kan de reflectie van licht sterk worden verminderd, worden de kortsluitstroom en de output van de batterij sterk vergroot en wordt ook de efficiëntie sterk verbeterd.

7. zeefdruk

Nadat de zonnecel de processen van textureren, diffusie en PECVD heeft doorlopen, is een PN-overgang gevormd, die stroom kan genereren onder belichting. Om de gegenereerde stroom te exporteren, is het noodzakelijk om positieve en negatieve elektroden op het oppervlak van de batterij aan te brengen. Er zijn vele manieren om elektroden te maken, en zeefdruk is het meest voorkomende productieproces voor het maken van elektroden voor zonnecellen. Zeefdruk is het printen van een vooraf bepaald patroon op het substraat door middel van reliëfdruk. De apparatuur bestaat uit drie onderdelen: zilver-aluminiumpasta op de achterkant van de batterij, aluminiumpasta op de achterkant van de batterij en zilverpasta op de voorkant van de batterij. Het werkingsprincipe is: gebruik de mazen van het zeefpatroon om door de slurry te dringen, oefen met een schraper een zekere druk uit op het slurrygedeelte van het zeef en beweeg tegelijkertijd naar het andere uiteinde van het zeef. De inkt wordt door de rakel tijdens het bewegen uit de mazen van het grafische gedeelte op het substraat gedrukt. Door de viskeuze werking van de pasta blijft de afdruk binnen een bepaald bereik gefixeerd en staat de rakel tijdens het drukken altijd in lineair contact met de zeefdrukplaat en het substraat. De contactlijn beweegt mee met de beweging van de rakel om de drukstreek te voltooien.

8. snel sinteren

De gezeefdrukte siliciumwafer kan niet direct worden gebruikt. Deze moet snel worden gesinterd in een sinteroven om het organische harsbindmiddel te verbranden, waardoor bijna zuivere zilverelektroden overblijven die door de werking van glas nauw aan de siliciumwafer hechten. Wanneer de temperatuur van de zilverelektrode en het kristallijne silicium de eutectische temperatuur bereikt, worden de kristallijne siliciumatomen in een bepaalde verhouding in het gesmolten zilverelektrodemateriaal geïntegreerd, waardoor het ohmse contact tussen de bovenste en onderste elektroden wordt gevormd en de open circuitspanning en vulfactor van de cel worden verbeterd. De belangrijkste parameter is om de weerstandseigenschappen te verbeteren om de conversie-efficiëntie van de cel te verbeteren.

De sinteroven bestaat uit drie fasen: voorsinteren, sinteren en afkoelen. Het doel van de voorsinterfase is het ontbinden en verbranden van het polymeerbindmiddel in de slurry. De temperatuur stijgt in deze fase langzaam. In de sinterfase vinden verschillende fysische en chemische reacties plaats in het gesinterde materiaal om een ​​resistieve filmstructuur te vormen, waardoor het echt resistief wordt. In deze fase bereikt de temperatuur een piek. In de afkoel- en koelfase wordt het glas afgekoeld, gehard en gestold, zodat de resistieve filmstructuur stevig aan het substraat is gehecht.

9. Randapparatuur

Tijdens de productie van cellen zijn ook randapparatuur zoals stroomvoorziening, watervoorziening, drainage, HVAC, vacuüm en speciale stoom nodig. Brandbeveiliging en milieubeschermingsapparatuur zijn ook bijzonder belangrijk om veiligheid en duurzame ontwikkeling te garanderen. Voor een productielijn voor zonnecellen met een jaarlijks vermogen van 50 MW bedraagt ​​het energieverbruik van alleen al de proces- en energieapparatuur ongeveer 1800 kW. De hoeveelheid zuiver proceswater is ongeveer 15 ton per uur en de waterkwaliteitseisen voldoen aan de EW-1 technische norm van China's elektronische kwaliteitswater GB/T11446.1-1997. De hoeveelheid proceskoelwater is ook ongeveer 15 ton per uur, de deeltjesgrootte in het water mag niet groter zijn dan 10 micron en de watertemperatuur moet 15-20 °C zijn. Het vacuümuitlaatvolume is ongeveer 300 m3/u. Tegelijkertijd zijn ook ongeveer 20 kubieke meter stikstofopslagtanks en 10 kubieke meter zuurstofopslagtanks vereist. Rekening houdend met de veiligheidsaspecten van speciale gassen zoals silaan, is het ook noodzakelijk om een ​​speciale gasruimte in te richten om de productieveiligheid absoluut te garanderen. Daarnaast zijn silaanverbrandingstorens en rioolwaterzuiveringsinstallaties eveneens noodzakelijke faciliteiten voor de celproductie.