Solarzellen

Solarzellen werden in kristallines Silizium und amorphes Silizium unterteilt, wobei kristalline Siliziumzellen weiter in monokristalline Zellen und polykristalline Zellen unterteilt werden können;Die Effizienz von monokristallinem Silizium unterscheidet sich von der von kristallinem Silizium.

Einstufung:

Die in China am häufigsten verwendeten solarkristallinen Siliziumzellen können unterteilt werden in:

Einkristall 125*125

Einkristall 156*156

Polykristallin 156*156

Einkristall 150*150

Einkristall 103*103

Polykristallin 125*125

Herstellungsprozess:

Der Produktionsprozess von Solarzellen gliedert sich in die Inspektion von Siliziumwafern – Oberflächentexturierung und Beizen – Diffusionsübergang – Dephosphorisierung von Siliziumglas – Plasmaätzen und Beizen – Antireflexionsbeschichtung – Siebdruck – Schnellsintern usw. Die Details sind wie folgt:

1. Inspektion von Siliziumwafern

Siliziumwafer sind die Träger von Solarzellen, und die Qualität von Siliziumwafern bestimmt direkt die Umwandlungseffizienz von Solarzellen.Daher ist es notwendig, eingehende Siliziumwafer zu prüfen.Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Online-Messung einiger technischer Parameter von Siliziumwafern verwendet. Zu diesen Parametern gehören hauptsächlich Unebenheiten der Waferoberfläche, Lebensdauer der Minoritätsträger, spezifischer Widerstand, P/N-Typ und Mikrorisse usw. Diese Gerätegruppe ist in automatisches Be- und Entladen unterteilt , Siliziumwafertransfer, Systemintegrationsteil und vier Detektionsmodule.Unter anderem erkennt der photovoltaische Siliziumwafer-Detektor die Unebenheiten der Oberfläche des Siliziumwafers und erfasst gleichzeitig die Erscheinungsparameter wie Größe und Diagonale des Siliziumwafers;Das Mikrorisserkennungsmodul dient zur Erkennung der internen Mikrorisse des Siliziumwafers.Darüber hinaus gibt es zwei Erkennungsmodule. Eines der Online-Testmodule wird hauptsächlich zum Testen des Massenwiderstands von Siliziumwafern und der Art der Siliziumwafer verwendet, und das andere Modul dient zur Erkennung der Lebensdauer von Minoritätsträgern von Siliziumwafern.Vor der Erkennung der Lebensdauer und des spezifischen Widerstands der Minoritätsträger ist es notwendig, die Diagonalen und Mikrorisse des Siliziumwafers zu erkennen und den beschädigten Siliziumwafer automatisch zu entfernen.Geräte zur Inspektion von Siliziumwafern können Wafer automatisch laden und entladen und nicht qualifizierte Produkte an einer festen Position platzieren, wodurch die Inspektionsgenauigkeit und -effizienz verbessert wird.

2. Oberfläche strukturiert

Die Herstellung einer monokristallinen Siliziumtextur besteht darin, durch anisotropes Ätzen von Silizium Millionen von tetraedrischen Pyramiden, also Pyramidenstrukturen, auf der Oberfläche jedes Quadratzentimeters Silizium zu bilden.Durch die mehrfache Reflexion und Brechung des einfallenden Lichts an der Oberfläche wird die Lichtabsorption erhöht und der Kurzschlussstrom sowie die Umwandlungseffizienz der Batterie verbessert.Die anisotrope Ätzlösung von Silizium ist normalerweise eine heiße alkalische Lösung.Die verfügbaren Alkalien sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid und Ethylendiamin.Der größte Teil des Wildledersilikons wird unter Verwendung einer kostengünstigen verdünnten Natriumhydroxidlösung mit einer Konzentration von etwa 1 % hergestellt, und die Ätztemperatur beträgt 70–85 °C.Um ein gleichmäßiges Wildleder zu erhalten, sollten der Lösung auch Alkohole wie Ethanol und Isopropanol als Komplexbildner zugesetzt werden, um die Korrosion von Silizium zu beschleunigen.Vor der Herstellung des Wildleders muss die Oberfläche des Siliziumwafers vorab geätzt und etwa 20–25 μm mit einer alkalischen oder sauren Ätzlösung geätzt werden.Nachdem das Wildleder geätzt wurde, wird eine allgemeine chemische Reinigung durchgeführt.Die oberflächenbehandelten Siliziumwafer sollten zur Vermeidung von Kontaminationen nicht längere Zeit im Wasser gelagert und möglichst schnell diffundiert werden.

3. Diffusionsknoten

Solarzellen benötigen einen großflächigen PN-Übergang, um die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie zu realisieren, und ein Diffusionsofen ist eine spezielle Ausrüstung zur Herstellung des PN-Übergangs von Solarzellen.Der Rohrdiffusionsofen besteht hauptsächlich aus vier Teilen: dem oberen und unteren Teil des Quarzschiffchens, der Abgaskammer, dem Ofenkörperteil und dem Gasschrankteil.Bei der Diffusion wird im Allgemeinen eine flüssige Phosphoroxychloridquelle als Diffusionsquelle verwendet.Legen Sie den Siliziumwafer vom P-Typ in den Quarzbehälter des röhrenförmigen Diffusionsofens und bringen Sie Phosphoroxychlorid mit Stickstoff bei einer hohen Temperatur von 850 bis 900 Grad Celsius in den Quarzbehälter.Das Phosphoroxychlorid reagiert mit dem Siliziumwafer unter Bildung von Phosphor.Atom.Nach einer gewissen Zeit dringen Phosphoratome von allen Seiten in die Oberflächenschicht des Siliziumwafers ein und dringen durch die Lücken zwischen den Siliziumatomen in den Siliziumwafer ein und diffundieren dort, wodurch die Grenzfläche zwischen dem N-Typ-Halbleiter und dem P-Typ-Halbleiter gebildet wird. Typ Halbleiter, also der PN-Übergang.Der mit dieser Methode hergestellte PN-Übergang weist eine gute Gleichmäßigkeit auf, die Ungleichmäßigkeit des Schichtwiderstands beträgt weniger als 10 % und die Lebensdauer der Minoritätsträger kann mehr als 10 ms betragen.Die Herstellung des PN-Übergangs ist der grundlegendste und kritischste Prozess in der Solarzellenproduktion.Da es sich um die Bildung des PN-Übergangs handelt, kehren die Elektronen und Löcher nach dem Fließen nicht an ihren ursprünglichen Platz zurück, so dass ein Strom entsteht und der Strom durch einen Draht abgeleitet wird, bei dem es sich um Gleichstrom handelt.

4. Dephosphorylierung von Silikatglas

Dieses Verfahren wird im Produktionsprozess von Solarzellen eingesetzt.Durch chemisches Ätzen wird der Siliziumwafer in eine Flusssäurelösung eingetaucht, um eine chemische Reaktion auszulösen, bei der eine lösliche Komplexverbindung Hexafluorkieselsäure entsteht und das Diffusionssystem entfernt wird.Nach der Verbindung bildete sich auf der Oberfläche des Siliziumwafers eine Schicht aus Phosphosilikatglas.Während des Diffusionsprozesses reagiert POCL3 mit O2 zu P2O5, das sich auf der Oberfläche des Siliziumwafers ablagert.P2O5 reagiert mit Si unter Bildung von SiO2- und Phosphoratomen. Auf diese Weise wird auf der Oberfläche des Siliziumwafers eine Schicht aus SiO2 mit Phosphorelementen gebildet, die als Phosphosilikatglas bezeichnet wird.Die Ausrüstung zum Entfernen von Phosphorsilikatglas besteht im Allgemeinen aus dem Hauptkörper, dem Reinigungstank, dem Servoantriebssystem, dem mechanischen Arm, dem elektrischen Steuersystem und dem automatischen Säureverteilungssystem.Die Hauptenergiequellen sind Flusssäure, Stickstoff, Druckluft, reines Wasser, Wärmeabluft, Wind und Abwasser.Flusssäure löst Kieselsäure auf, da Flusssäure mit Kieselsäure reagiert und flüchtiges Siliziumtetrafluoridgas erzeugt.Bei einem Überschuss an Flusssäure reagiert das durch die Reaktion erzeugte Siliziumtetrafluorid weiter mit der Flusssäure und bildet einen löslichen Komplex, Hexafluorkieselsäure.

5. Plasmaätzen

Denn während des Diffusionsprozesses wird Phosphor zwangsläufig auf allen Oberflächen, einschließlich der Kanten des Siliziumwafers, diffundieren, selbst wenn eine Rücken-an-Rücken-Diffusion angewendet wird.Auf der Vorderseite des PN-Übergangs gesammelte fotogenerierte Elektronen fließen entlang des Randbereichs, wo Phosphor zur Rückseite des PN-Übergangs diffundiert, was zu einem Kurzschluss führt.Daher muss das dotierte Silizium um die Solarzelle herum geätzt werden, um den PN-Übergang am Zellrand zu entfernen.Dieser Prozess wird normalerweise mithilfe von Plasmaätztechniken durchgeführt.Das Plasmaätzen erfolgt in einem Niederdruckzustand. Die Ausgangsmoleküle des reaktiven Gases CF4 werden durch Hochfrequenzenergie angeregt, um Ionisierung zu erzeugen und Plasma zu bilden.Plasma besteht aus geladenen Elektronen und Ionen.Unter dem Einfluss von Elektronen kann das Gas in der Reaktionskammer neben der Umwandlung in Ionen auch Energie absorbieren und eine Vielzahl aktiver Gruppen bilden.Die aktiven reaktiven Gruppen gelangen durch Diffusion oder unter Einwirkung eines elektrischen Feldes an die Oberfläche von SiO2, reagieren dort chemisch mit der Oberfläche des zu ätzenden Materials und bilden flüchtige Reaktionsprodukte, die sich von der Oberfläche des zu ätzenden Materials lösen geätzt und durch das Vakuumsystem aus der Kavität gepumpt.

6. Antireflexionsbeschichtung

Der Reflexionsgrad der polierten Siliziumoberfläche beträgt 35 %.Um die Oberflächenreflexion zu reduzieren und die Umwandlungseffizienz der Zelle zu verbessern, ist es notwendig, eine Schicht aus einem Siliziumnitrid-Antireflexionsfilm abzuscheiden.In der industriellen Produktion werden PECVD-Geräte häufig zur Herstellung von Antireflexionsfolien eingesetzt.PECVD ist eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung.Sein technisches Prinzip besteht darin, Niedertemperaturplasma als Energiequelle zu verwenden, die Probe unter niedrigem Druck auf die Kathode der Glimmentladung zu legen, die Glimmentladung zum Erhitzen der Probe auf eine vorgegebene Temperatur und dann eine entsprechende Menge an Energie zu verwenden Es werden die reaktiven Gase SiH4 und NH3 eingeleitet.Nach einer Reihe chemischer Reaktionen und Plasmareaktionen bildet sich auf der Oberfläche der Probe ein Festkörperfilm, also ein Siliziumnitridfilm.Im Allgemeinen beträgt die Dicke des durch dieses plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidungsverfahren abgeschiedenen Films etwa 70 nm.Folien dieser Dicke haben optische Funktionalität.Durch das Prinzip der Dünnschichtinterferenz kann die Lichtreflexion stark reduziert, der Kurzschlussstrom und die Leistung der Batterie deutlich erhöht und auch der Wirkungsgrad deutlich verbessert werden.

7. Siebdruck

Nachdem die Solarzelle die Prozesse der Texturierung, Diffusion und PECVD durchlaufen hat, hat sich ein PN-Übergang gebildet, der unter Beleuchtung Strom erzeugen kann.Um den erzeugten Strom abzuleiten, müssen auf der Oberfläche der Batterie positive und negative Elektroden angebracht werden.Es gibt viele Möglichkeiten, Elektroden herzustellen, und Siebdruck ist das gebräuchlichste Produktionsverfahren zur Herstellung von Solarzellenelektroden.Beim Siebdruck wird mittels Prägung ein vorgegebenes Muster auf das Substrat gedruckt.Die Ausrüstung besteht aus drei Teilen: Silber-Aluminium-Paste-Druck auf der Rückseite der Batterie, Aluminium-Paste-Druck auf der Rückseite der Batterie und Silber-Paste-Druck auf der Vorderseite der Batterie.Sein Funktionsprinzip besteht darin, die Maschen des Siebmusters zu verwenden, um in die Aufschlämmung einzudringen, mit einem Schaber einen gewissen Druck auf den Aufschlämmungsteil des Siebs auszuüben und sich gleichzeitig zum anderen Ende des Siebs zu bewegen.Durch die Bewegung des Rakels wird die Tinte aus dem Netz des grafischen Teils auf das Substrat gedrückt.Aufgrund der viskosen Wirkung der Paste wird der Abdruck in einem bestimmten Bereich fixiert, und die Rakel steht während des Druckens immer in linienförmigem Kontakt mit der Siebdruckplatte und dem Substrat, und die Kontaktlinie bewegt sich mit der Bewegung der Rakel bis zum Abschluss der Druckhub.

8. schnelles Sintern

Der siebgedruckte Siliziumwafer kann nicht direkt verwendet werden.Es muss schnell in einem Sinterofen gesintert werden, um das organische Harzbindemittel abzubrennen, wodurch nahezu reine Silberelektroden zurückbleiben, die aufgrund der Wirkung des Glases eng am Siliziumwafer haften.Wenn die Temperatur der Silberelektrode und des kristallinen Siliziums die eutektische Temperatur erreicht, werden die kristallinen Siliziumatome in einem bestimmten Verhältnis in das geschmolzene Silberelektrodenmaterial integriert, wodurch der ohmsche Kontakt der oberen und unteren Elektrode entsteht und der offene Stromkreis verbessert wird Spannung und Füllfaktor der Zelle.Der Schlüsselparameter besteht darin, ihm Widerstandseigenschaften zu verleihen, um die Umwandlungseffizienz der Zelle zu verbessern.

Der Sinterofen ist in drei Stufen unterteilt: Vorsintern, Sintern und Abkühlen.Der Zweck der Vorsinterstufe besteht darin, das Polymerbindemittel in der Aufschlämmung zu zersetzen und zu verbrennen. In dieser Stufe steigt die Temperatur langsam an.In der Sinterphase werden im Sinterkörper verschiedene physikalische und chemische Reaktionen durchgeführt, um eine widerstandsfähige Filmstruktur zu bilden, die ihn wirklich widerstandsfähig macht.In diesem Stadium erreicht die Temperatur ihren Höhepunkt.In der Kühl- und Kühlphase wird das Glas abgekühlt, gehärtet und verfestigt, so dass die Widerstandsfilmstruktur fest mit dem Substrat verbunden wird.

9. Peripheriegeräte

Im Prozess der Zellproduktion sind auch periphere Einrichtungen wie Stromversorgung, Strom, Wasserversorgung, Entwässerung, HVAC, Vakuum und Spezialdampf erforderlich.Auch Brandschutz- und Umweltschutzeinrichtungen sind für Sicherheit und nachhaltige Entwicklung von besonderer Bedeutung.Bei einer Solarzellen-Produktionslinie mit einer Jahresleistung von 50 MW beträgt der Stromverbrauch allein der Prozess- und Energieausrüstung etwa 1800 kW.Die Menge an reinem Prozesswasser beträgt etwa 15 Tonnen pro Stunde, und die Anforderungen an die Wasserqualität entsprechen dem technischen EW-1-Standard für Chinas elektronisches Wasser GB/T11446.1-1997.Die Menge des Prozesskühlwassers beträgt ebenfalls etwa 15 Tonnen pro Stunde, die Partikelgröße in der Wasserqualität sollte nicht größer als 10 Mikrometer sein und die Wasserversorgungstemperatur sollte 15–20 °C betragen.Das Vakuumabsaugvolumen beträgt etwa 300 m³/h.Gleichzeitig werden auch etwa 20 Kubikmeter Stickstofflagertanks und 10 Kubikmeter Sauerstofflagertanks benötigt.Unter Berücksichtigung der Sicherheitsfaktoren von Sondergasen wie Silan ist es zudem erforderlich, einen speziellen Gasraum einzurichten, um die Produktionssicherheit absolut zu gewährleisten.Darüber hinaus sind Silan-Verbrennungstürme und Kläranlagen notwendige Anlagen für die Zellproduktion.