Células solares

Las células solares se dividen en silicio cristalino y silicio amorfo, entre las cuales las células de silicio cristalino se pueden dividir en células monocristalinas y células policristalinas;La eficiencia del silicio monocristalino es diferente a la del silicio cristalino.

Clasificación:

Las células solares de silicio cristalino comúnmente utilizadas en China se pueden dividir en:

Monocristal 125*125

Cristal único 156*156

Policristalino 156*156

Monocristal 150*150

Cristal único 103*103

Policristalino 125*125

Proceso de manufactura:

El proceso de producción de células solares se divide en inspección de obleas de silicio – texturizado y decapado de superficies – unión por difusión – desfosforización del vidrio de silicio – grabado y decapado por plasma – revestimiento antirreflectante – serigrafía – sinterización rápida, etc. Los detalles son los siguientes:

1. Inspección de obleas de silicio

Las obleas de silicio son los portadores de las células solares y la calidad de las obleas de silicio determina directamente la eficiencia de conversión de las células solares.Por lo tanto, es necesario inspeccionar las obleas de silicio entrantes.Este proceso se utiliza principalmente para la medición en línea de algunos parámetros técnicos de las obleas de silicio, estos parámetros incluyen principalmente irregularidades en la superficie de la oblea, vida útil del portador minoritario, resistividad, tipo P/N y microgrietas, etc. Este grupo de equipos se divide en carga y descarga automática. , transferencia de obleas de silicio, parte de integración del sistema y cuatro módulos de detección.Entre ellos, el detector de oblea de silicio fotovoltaico detecta las irregularidades de la superficie de la oblea de silicio y simultáneamente detecta parámetros de apariencia como el tamaño y la diagonal de la oblea de silicio;el módulo de detección de microfisuras se utiliza para detectar las microfisuras internas de la oblea de silicio;Además, hay dos módulos de detección, uno de los módulos de prueba en línea se usa principalmente para probar la resistividad masiva de las obleas de silicio y el tipo de obleas de silicio, y el otro módulo se usa para detectar la vida útil de los portadores minoritarios de las obleas de silicio.Antes de detectar la vida útil y la resistividad del portador minoritario, es necesario detectar la diagonal y las microfisuras de la oblea de silicio y eliminar automáticamente la oblea de silicio dañada.El equipo de inspección de obleas de silicio puede cargar y descargar obleas automáticamente y puede colocar productos no calificados en una posición fija, mejorando así la precisión y eficiencia de la inspección.

2. Superficie texturizada

La preparación de la textura de silicio monocristalino consiste en utilizar el grabado anisotrópico de silicio para formar millones de pirámides tetraédricas, es decir, estructuras piramidales, en la superficie de cada centímetro cuadrado de silicio.Debido a la reflexión y refracción múltiple de la luz incidente en la superficie, aumenta la absorción de luz y mejoran la corriente de cortocircuito y la eficiencia de conversión de la batería.La solución de grabado anisotrópica de silicio suele ser una solución alcalina caliente.Los álcalis disponibles son hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de litio y etilendiamina.La mayor parte de la silicona de ante se prepara utilizando una solución diluida económica de hidróxido de sodio con una concentración de aproximadamente el 1% y la temperatura de grabado es de 70-85 °C.Para obtener una gamuza uniforme, también se deben agregar a la solución alcoholes como etanol e isopropanol como agentes complejantes para acelerar la corrosión del silicio.Antes de preparar la gamuza, la oblea de silicona debe someterse a un grabado superficial preliminar y se graban aproximadamente 20-25 µm con una solución de grabado alcalina o ácida.Después de grabar la gamuza, se realiza una limpieza química general.Las obleas de silicio preparadas en la superficie no deben almacenarse en agua durante mucho tiempo para evitar la contaminación y deben difundirse lo antes posible.

3. Nudo de difusión

Las células solares necesitan una unión PN de gran superficie para realizar la conversión de energía luminosa en energía eléctrica, y un horno de difusión es un equipo especial para fabricar la unión PN de las células solares.El horno de difusión tubular se compone principalmente de cuatro partes: las partes superior e inferior del recipiente de cuarzo, la cámara de gases de escape, la parte del cuerpo del horno y la parte del gabinete de gas.La difusión generalmente utiliza una fuente líquida de oxicloruro de fósforo como fuente de difusión.Coloque la oblea de silicio tipo P en el recipiente de cuarzo del horno de difusión tubular y use nitrógeno para llevar oxicloruro de fósforo al recipiente de cuarzo a una temperatura alta de 850 a 900 grados Celsius.El oxicloruro de fósforo reacciona con la oblea de silicio para obtener fósforo.átomo.Después de un cierto período de tiempo, los átomos de fósforo ingresan a la capa superficial de la oblea de silicio desde todos lados y penetran y difunden en la oblea de silicio a través de los espacios entre los átomos de silicio, formando la interfaz entre el semiconductor tipo N y el semiconductor tipo P. tipo semiconductor, es decir, la unión PN.La unión PN producida mediante este método tiene buena uniformidad, la falta de uniformidad de la resistencia de la lámina es inferior al 10% y la vida útil del portador minoritario puede ser superior a 10 ms.La fabricación de la unión PN es el proceso más básico y crítico en la producción de células solares.Debido a que se trata de la formación de la unión PN, los electrones y los huecos no regresan a sus lugares originales después de fluir, por lo que se forma una corriente, y la corriente es extraída por un cable, que es corriente continua.

4. Vidrio de silicato de desfosforilación

Este proceso se utiliza en el proceso de producción de células solares.Mediante grabado químico, la oblea de silicio se sumerge en una solución de ácido fluorhídrico para producir una reacción química que genera un compuesto complejo soluble de ácido hexafluorosilícico para eliminar el sistema de difusión.Se formó una capa de vidrio de fosfosilicato en la superficie de la oblea de silicio después de la unión.Durante el proceso de difusión, POCL3 reacciona con O2 para formar P2O5 que se deposita en la superficie de la oblea de silicio.El P2O5 reacciona con el Si para generar SiO2 y átomos de 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 fosfosilicato.El equipo para eliminar vidrio de silicato de fósforo generalmente se compone de un cuerpo principal, un tanque de limpieza, un sistema de servoaccionamiento, un brazo mecánico, un sistema de control eléctrico y un sistema automático de distribución de ácido.Las principales fuentes de energía son el ácido fluorhídrico, el nitrógeno, el aire comprimido, el agua pura, el calor del viento y las aguas residuales.El ácido fluorhídrico disuelve la sílice porque reacciona con la sílice para generar gas volátil de tetrafluoruro de silicio.Si el ácido fluorhídrico es excesivo, el tetrafluoruro de silicio producido por la reacción reaccionará aún más con el ácido fluorhídrico para formar un complejo soluble, el ácido hexafluorosilícico.

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5. Grabado con plasma

Dado que durante el proceso de difusión, incluso si se adopta la difusión consecutiva, el fósforo inevitablemente se difundirá en todas las superficies, incluidos los bordes de la oblea de silicio.Los electrones fotogenerados recogidos en la parte frontal de la unión PN fluirán a lo largo del área del borde donde el fósforo se difunde hacia la parte posterior de la unión PN, provocando 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.Este proceso generalmente se realiza mediante técnicas de grabado con plasma.El grabado con plasma se realiza en un estado de baja presión; las moléculas originales del gas reactivo CF4 se excitan mediante energía de radiofrecuencia para generar ionización y formar plasma.El plasma está compuesto de electrones e iones cargados.Bajo el impacto de los electrones, el gas de la cámara de reacción puede absorber energía y formar una gran cantidad de grupos activos además de convertirse en iones.Los grupos reactivos activos llegan a la superficie del SiO2 por difusión o bajo la acción de un campo eléctrico, donde reaccionan químicamente con la superficie del material a grabar, y forman productos de reacción volátiles que se separan de la superficie del material a grabar. grabados y son bombeados fuera de la cavidad por el sistema de vacío.

6. Recubrimiento antirreflectante

La reflectividad de la superficie de silicio pulida es del 35%.Para reducir la reflexión de la superficie y mejorar la eficiencia de conversión de la celda, es necesario depositar una capa de película antirreflectante de nitruro de silicio.En la producción industrial, los equipos PECVD se utilizan a menudo para preparar películas antirreflectantes.PECVD es la deposición química de vapor mejorada con plasma.Su principio técnico es utilizar plasma de baja temperatura como fuente de energía, la muestra se coloca en el cátodo de la descarga luminosa a baja presión, la descarga luminosa se utiliza para calentar la muestra a una temperatura predeterminada y luego una cantidad adecuada de Se introducen los gases reactivos SiH4 y NH3.Después de una serie de reacciones químicas y reacciones de plasma, se forma una película de estado sólido, es decir, una película de nitruro de silicio, en la superficie de la muestra.En general, el espesor de la película depositada mediante este método de deposición química de vapor potenciada por plasma es de aproximadamente 70 nm.Las películas de este espesor tienen funcionalidad óptica.Utilizando el principio de interferencia de película delgada, el reflejo de la luz se puede reducir considerablemente, la corriente de cortocircuito y la salida de la batería aumentan considerablemente y la eficiencia también mejora considerablemente.

7. serigrafía

Después de que la célula solar ha pasado por los procesos de texturizado, difusión y PECVD, se forma una unión PN que puede generar corriente bajo iluminación.Para exportar la corriente generada, es necesario realizar electrodos positivos y negativos en la superficie de la batería.Hay muchas formas de fabricar electrodos y la serigrafía es el proceso de producción más común para fabricar electrodos para células solares.La serigrafía consiste en imprimir un patrón predeterminado en el sustrato mediante estampado.El equipo consta de tres partes: impresión en pasta de plata y aluminio en la parte posterior de la batería, impresión en pasta de aluminio en la parte posterior de la batería e impresión en pasta de plata en la parte frontal de la batería.Su principio de funcionamiento es: utilizar la malla del patrón de la criba para penetrar el lodo, aplicar cierta presión en la parte de la criba con un raspador y moverse hacia el otro extremo de la criba al mismo tiempo.La escobilla de goma exprime la tinta desde la malla de la parte gráfica sobre el sustrato a medida que se mueve.Debido al efecto viscoso de la pasta, la impresión se fija dentro de un cierto rango, y la escobilla de goma siempre está en contacto lineal con la placa de serigrafía y el sustrato durante la impresión, y la línea de contacto se mueve con el movimiento de la escobilla de goma para completar el trazo de impresión.

8. sinterización rápida

La oblea de silicio serigrafiada no se puede utilizar directamente.Debe sinterizarse rápidamente en un horno de sinterización para quemar el aglutinante de resina orgánica, dejando electrodos de plata casi pura que están estrechamente adheridos a la oblea de silicio debido a la acción del vidrio.Cuando la temperatura del electrodo de plata y el silicio cristalino alcanza la temperatura eutéctica, los átomos de silicio cristalino se integran en el material del electrodo de plata fundido en una cierta proporción, formando así el contacto óhmico de los electrodos superior e inferior y mejorando el circuito abierto. voltaje y factor de llenado de la celda.El parámetro clave es hacer que tenga características de resistencia para mejorar la eficiencia de conversión de la celda.

El horno de sinterización se divide en tres etapas: presinterización, sinterización y enfriamiento.El propósito de la etapa de presinterización es descomponer y quemar el aglutinante polimérico en la suspensión, y la temperatura aumenta lentamente en esta etapa;En la etapa de sinterización, se completan diversas reacciones físicas y químicas en el cuerpo sinterizado para formar una estructura de película resistiva, lo que lo hace verdaderamente resistivo., la temperatura alcanza un pico en esta etapa;en la etapa de enfriamiento y enfriamiento, el vidrio se enfría, endurece y solidifica, de modo que la estructura de película resistiva se adhiere fijamente al sustrato.

9. Periféricos

En el proceso de producción de células, también se requieren instalaciones periféricas como suministro de energía, energía, suministro de agua, drenaje, HVAC, vacío y vapor especial.Los equipos de protección contra incendios y de protección del medio ambiente también son particularmente importantes para garantizar la seguridad y el desarrollo sostenible.Para una línea de producción de células solares con una producción anual de 50 MW, el consumo de energía del proceso y del equipo eléctrico por sí solo es de aproximadamente 1800 KW.La cantidad de agua pura de proceso es de aproximadamente 15 toneladas por hora y los requisitos de calidad del agua cumplen con el estándar técnico EW-1 de agua de grado electrónico de China GB/T11446.1-1997.La cantidad de agua de refrigeración del proceso también es de aproximadamente 15 toneladas por hora, el tamaño de las partículas en la calidad del agua no debe ser superior a 10 micrones y la temperatura del suministro de agua debe ser de 15 a 20 °C.El volumen de escape del vacío es de aproximadamente 300 M3/H.Al mismo tiempo, también se necesitan unos 20 metros cúbicos de tanques de almacenamiento de nitrógeno y 10 metros cúbicos de tanques de almacenamiento de oxígeno.Teniendo en cuenta los factores de seguridad de gases especiales como el silano, también es necesario instalar una sala de gases especial para garantizar absolutamente la seguridad de la producción.Además, las torres de combustión de silano y las estaciones de tratamiento de aguas residuales también son instalaciones necesarias para la producción de células.


Hora de publicación: 30 de mayo de 2022