¿Cuál es el principio de fabricación de la célula solar de silicio?

- Jul 09, 2019-

solar cell production process flow


Hay ocho pasos para producir células solares desde obleas de silicio hasta la prueba final de la célula solar lista.


Paso 1: Chequeo de obleas


La oblea de silicio es el portador de la célula solar. La calidad de la oblea de silicio determina directamente la eficiencia de conversión de la célula solar, por lo que es necesario probar la oblea de silicio entrante. Este proceso se utiliza principalmente para la medición en línea de algunos parámetros técnicos de las obleas de silicio, como la rugosidad de la superficie, la vida útil de la minoría, la resistividad, el tipo P / N y el microcrack, etc. El equipo consta de carga y descarga automática, transmisión de obleas, integración de sistemas y Cuatro módulos de detección.


wafer inspection


Entre ellos, el detector de obleas de silicio fotovoltaico detecta la rugosidad de la superficie de la oblea de silicio y, al mismo tiempo, detecta los parámetros de aspecto, como el tamaño y la línea diagonal de la oblea de silicio. El módulo de detección de microcrack se utiliza para detectar las microcracks internas de la oblea de silicio. Además, hay dos módulos de detección, uno de los cuales es el módulo de prueba en línea que prueba principalmente la resistividad de la oblea y el tipo de oblea, y el otro módulo se usa para probar la vida minoritaria de la oblea de silicio. Antes de detectar la vida útil y la resistividad minoritarias, se debe detectar la diagonal y el microcrack de la oblea de silicio y la oblea de silicio dañada debe eliminarse automáticamente. El equipo de prueba de obleas puede cargar y descargar automáticamente la oblea, y puede colocar los productos no calificados en una posición fija, a fin de mejorar la precisión y la eficiencia de las pruebas.


Paso 2: Texturizado y limpieza


texture


La preparación de la superficie del ante de silicio monocristalino consiste en utilizar la corrosión anisotrópica del silicio para formar millones de estructuras piramidales de cuatro lados en la superficie de silicio de cada centímetro cuadrado. Debido a la reflexión múltiple y la refracción de la luz incidente en la superficie, la absorción de luz aumenta, y se mejoran la corriente de cortocircuito y la eficiencia de conversión de la batería.


Las soluciones de corrosión anisotrópica de silicio suelen ser soluciones alcalinas calientes. Las bases disponibles son hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio y etilendiamina. La mayoría de ellos usan una solución diluida barata de hidróxido de sodio con una concentración de aproximadamente 1% para preparar silicona de ante, y la temperatura de corrosión es de 70-85. Para obtener gamuza uniforme, se deben agregar alcoholes como etanol e isopropanol como agentes complejantes para acelerar la corrosión del silicio. Antes de la preparación de la gamuza, la oblea de silicio debe sufrir una corrosión inicial de la superficie, y se deben usar aproximadamente 20 ~ 25 micrones de líquido de corrosión alcalino o ácido para eliminarla. Una vez corroída la gamuza, se realizará una limpieza química general. Las obleas de silicona preparadas en la superficie no deben almacenarse en agua durante mucho tiempo para evitar la contaminación.


Paso 3: Difusión


diffusion


Se necesita una gran área de unión PN para realizar la conversión de la energía luminosa en energía eléctrica. El horno de difusión es un equipo especial para la fabricación de uniones PN de células solares. El horno de difusión tubular se compone principalmente de cuatro partes: la parte superior de la embarcación de cuarzo, la cámara de gases de escape, la parte del cuerpo del horno y la parte del gabinete de gas. En general, la fuente líquida de oxicloruro de fósforo se utiliza como fuente de difusión. Las obleas de silicio tipo P se colocan en el recipiente de cuarzo del horno de difusión tubular. El oxicloruro de fósforo se coloca en el recipiente de cuarzo mediante nitrógeno a una temperatura alta de 850 a 900 grados Celsius. El oxicloruro de fósforo reacciona con las obleas de silicio para obtener átomos de fósforo. Después de un cierto período de tiempo, los átomos de fósforo entran en la capa superficial de las obleas de silicio de todo, y penetran en las obleas de silicio a través de la brecha entre los átomos de silicio, formando la unión del semiconductor de tipo n y el semiconductor de tipo p, a saber, el PN unión. La unión PN producida por este método tiene una buena uniformidad, la desigualdad de la resistencia al bloqueo es inferior al 10% y la vida útil de la minoría es superior a 10 ms. Hacer la unión PN es el proceso más básico y clave en la producción de células solares. Debido a que es la formación de la unión PN, de modo que los electrones y los orificios en el flujo no regresarán al original, por lo que la formación de una corriente, utilizando un cable para conducir la corriente, es la corriente continua. Este proceso se utiliza en la producción y fabricación de obleas de células solares.


Paso 4: Aislamiento y limpieza de bordes


Por medio de la corrosión química, las obleas de silicio se sumergen en una solución de ácido fluorhídrico para generar una reacción química para formar el complejo soluble en ácido hexafluorosilícico, a fin de eliminar una capa de vidrio de silicio de fósforo formado en la superficie de las obleas de silicio después de la difusión. En el proceso de difusión, POCL3 reacciona con O2 para generar la deposición de P2O5 en la superficie de la oblea de silicio. P2O5 reacciona con Si para generar átomos de SiO2 y fósforo. De esta manera, se forma una capa de SiO2 que contiene elementos de fósforo en la superficie de la oblea de silicio, que se llama vidrio de fosfosilicio.


El equipo para vidrio de silicio de fósforo está generalmente compuesto por el cuerpo, el tanque de limpieza, el sistema de servoaccionamiento, el brazo mecánico, el sistema de control eléctrico y el sistema automático de distribución de ácido, etc. Las principales fuentes de energía son ácido fluorhídrico, nitrógeno, aire comprimido, agua pura, Calor de escape y aguas residuales. El ácido fluorhídrico puede disolver la sílice porque el ácido fluorhídrico reacciona con la sílice para formar un gas de tetrafluoruro de silicio volátil. Si el ácido fluorhídrico es excesivo, el tetrafluoruro de silicio formado por la reacción reaccionará adicionalmente con el ácido fluorhídrico para formar un ácido hexafluorosilícico complejo soluble.


Edge isolation


Debido al proceso de difusión, incluso si se utiliza la difusión espalda con espalda, todas las superficies, incluidos los bordes de la oblea de silicio, se difundirán inevitablemente con fósforo. Los electrones fotogenerados recolectados desde el frente de la unión PN fluirán hacia la parte posterior de la unión PN a lo largo del borde del área de fósforo, causando un cortocircuito. Por lo tanto, el silicio dopado alrededor de la célula solar debe grabarse para eliminar la unión PN en el borde de la célula.


El grabado con plasma se utiliza generalmente para completar este proceso. El grabado químico con plasma es un proceso en el que la molécula principal del gas reactivo CF4 se ioniza y forma plasma bajo la excitación de la potencia de rf a baja presión. El plasma está compuesto de electrones e iones cargados, el gas en la cámara de reacción bajo el impacto de los electrones, además de transformarse en iones, pero también puede absorber energía y formar un gran número de grupos activos. Los grupos reactivos alcanzan la superficie de SiO2 debido a la difusión o bajo la acción del campo eléctrico, donde tienen reacciones químicas con la superficie del material grabado, y forman productos de reacción volátiles que escapan de la superficie del material grabado y se extraen de la superficie. Cavidad por el sistema de vacío.


Paso 5: Deposición de ARC (revestimiento antirreflectante)


ARC deposition


La reflectividad de la superficie de silicio pulido de la película antirreflectante plateada es del 35%. Para reducir la reflexión de la superficie y mejorar la eficiencia de conversión de la batería, es necesario depositar una capa de película antirreflectante de nitruro de silicio. Hoy en día, los equipos PECVD se utilizan a menudo para preparar películas antirreflectantes en la producción industrial. PECVD es un depósito de vapor químico mejorado por plasma. Es el principio técnico de que se utiliza plasma de baja temperatura como fuente de energía, la muestra en la descarga luminiscente del cátodo a baja presión, utilizando las muestras de calentamiento por descarga luminiscente hasta una temperatura predeterminada, y luego pasa al gas de reacción SiH4 y NH3. El gas a través de una serie de reacción química y plasma, formando una película sólida en la superficie de la muestra son películas delgadas de nitruro de silicio. En general, las películas delgadas depositadas por este método de deposición de vapor químico con plasma tienen un espesor de aproximadamente 70 nm. Una película de este espesor es ópticamente funcional. Al utilizar el principio de interferencia de película delgada, la reflexión de la luz puede reducirse considerablemente, la corriente de cortocircuito y la salida de la batería pueden aumentar considerablemente, y la eficiencia también puede mejorarse.


Paso 6: Impresión de contacto


Las celdas solares de serigrafía se han hecho en la unión PN después de la fabricación de pelusa, difusión y PECVD y otros procesos, que pueden generar corriente eléctrica bajo la luz. Para exportar la corriente generada, se deben hacer electrodos positivos y negativos en la superficie de la batería. Hay muchas maneras de hacer electrodos, y la impresión de pantalla es el proceso más común para hacer electrodos de células solares. La impresión de pantalla utiliza el método de grabación en relieve para imprimir los gráficos predeterminados en el sustrato.


contact printing

El equipo consta de tres partes: impresión de pasta de plata en la parte posterior de la batería, impresión de pasta de aluminio en la parte posterior de la batería e impresión de pasta de plata en la parte frontal de la batería. Su principio de funcionamiento es: usar la malla de malla a través del tamaño, con un raspador del tamaño de la malla de alambre para aplicar una cierta presión, mientras se mueve hacia el otro extremo de la malla de alambre. La tinta se puede comprimir desde la malla de la sección gráfica hasta el sustrato a medida que se mueve. Debido a la viscosidad de la pasta, la impresión se fija dentro de un cierto rango. En la impresión, el rascador está siempre en contacto lineal con la placa de impresión de la pantalla y el sustrato, y la línea de contacto se mueve con el rascador para completar el viaje de impresión.


Paso 7: Sinterizado


La sinterización rápida después de la serigrafía de obleas de silicio, no se puede usar directamente, se debe sinterizar mediante horno de sinterización, la combustión de resina orgánica adhesiva, el resto casi puro, debido al efecto del vidrio y cerca del electrodo de plata en las obleas de silicio . Cuando el electrodo de plata y el silicio cristalino en la temperatura de la temperatura eutéctica, los átomos de silicio cristalino con cierta proporción en los materiales del electrodo de plata fundido, electrodo de formación y de contacto óhmico, mejoran la tensión del circuito abierto de la celda y el factor de relleno dos parámetros clave, hacen que sus características de resistencia Con el fin de mejorar la eficiencia de conversión de la célula solar.


fired solar cell


El horno de sinterización se divide en tres etapas: preimpresión, sinterización y enfriamiento. El propósito de la etapa de preimpresión es descomponer y quemar el aglutinante de polímero en la suspensión. En la etapa de sinterización, varias reacciones físicas y químicas se completan en el cuerpo de sinterización para formar la estructura de película resistiva y hacer que realmente tenga las características resistivas. En esta etapa, la temperatura alcanza el pico. En la etapa de enfriamiento y enfriamiento, el vidrio se enfría, se endurece y se solidifica, de modo que la estructura de película resistiva se adhiere firmemente al sustrato.


Paso 8: Pruebas y clasificación celular


Las células solares ahora listas para ensamblar se prueban bajo condiciones de luz solar simuladas y luego se clasifican y clasifican de acuerdo con sus eficiencias. Esto es manejado por un dispositivo de prueba de células solares que automáticamente prueba y clasifica las células. Los trabajadores de la fábrica solo necesitan retirar las celdas del repositorio de eficiencia respectivo en el que la máquina clasificó las celdas.


sorting


La célula solar se convierte básicamente en una nueva materia prima que luego se utiliza en el montaje de módulos solares fotovoltaicos. Dependiendo de la suavidad del proceso de producción y de la calidad básica del material de la oblea de silicio, el resultado final en forma de una célula solar se clasifica aún más en diferentes grados de calidad de células solares.


Equipos periféricos y condiciones.


Se necesitan equipos periféricos en el proceso de producción de baterías, suministro de energía, suministro de agua, drenaje, aire acondicionado, vacío, vapor especial y otras instalaciones periféricas. Los equipos de protección contra incendios y protección del medio ambiente también son importantes para garantizar la seguridad y el desarrollo sostenible.


Una línea de producción de células solares con una capacidad anual de 50 MW, solo el consumo de energía del equipo de proceso y energía es de aproximadamente 1800 kW. La cantidad de agua pura de proceso es de aproximadamente 15 toneladas por hora, y la calidad del agua es necesaria para cumplir con la norma técnica ew-1 del agua de calidad electrónica de China GB / t11446.1-1997. El consumo de agua de refrigeración del proceso es de aproximadamente 15 toneladas por hora, el tamaño de las partículas en el agua no debe ser superior a 10 micrones, y la temperatura del suministro de agua debe ser de 15-20. La descarga de vacío es de unos 300M3 / H. También requiere unos 20 metros cúbicos de nitrógeno y 10 metros cúbicos de oxígeno. Teniendo en cuenta los factores de seguridad de gases especiales como el silano, es necesario establecer un intervalo de gas especial para garantizar la seguridad absoluta de la producción. Además, la torre de combustión de silano y la estación de tratamiento de aguas residuales también son instalaciones necesarias para la producción de células.