الخلايا الشمسية

وتنقسم الخلايا الشمسية إلى السيليكون البلوري والسيليكون غير المتبلور، ومن بينها يمكن تقسيم خلايا السيليكون البلورية إلى خلايا أحادية البلورية وخلايا متعددة البلورات؛تختلف كفاءة السيليكون أحادي البلورية عن كفاءة السيليكون البلوري.

تصنيف:

يمكن تقسيم خلايا السيليكون البلورية الشمسية شائعة الاستخدام في الصين إلى:

كريستال سنجل 125*125

كريستال سنجل 156*156

متعدد البلورات 156*156

كريستال سنجل 150*150

كريستال مفرد 103*103

متعدد الكريستالات 125*125

عملية التصنيع:

تنقسم عملية إنتاج الخلايا الشمسية إلى فحص رقاقة السيليكون – تركيب السطح والتخليل – وصلة الانتشار – إزالة زجاج السيليكون الفوسفوري – حفر البلازما والتخليل – الطلاء المضاد للانعكاس – طباعة الشاشة – التلبيد السريع، إلخ. التفاصيل هي كما يلي:

1. فحص رقاقة السيليكون

رقائق السيليكون هي حاملات الخلايا الشمسية، وجودة رقائق السيليكون تحدد بشكل مباشر كفاءة تحويل الخلايا الشمسية.ولذلك، فمن الضروري فحص رقائق السيليكون الواردة.تُستخدم هذه العملية بشكل أساسي للقياس عبر الإنترنت لبعض المعلمات التقنية لرقائق السيليكون، وتشمل هذه المعلمات بشكل أساسي عدم استواء سطح الرقاقة، وعمر حامل الأقلية، والمقاومة، ونوع P/N والشقوق الصغيرة، وما إلى ذلك. وتنقسم هذه المجموعة من المعدات إلى التحميل والتفريغ التلقائي ونقل رقاقة السيليكون وجزء تكامل النظام وأربع وحدات كشف.من بينها، يكتشف كاشف رقاقة السيليكون الكهروضوئية عدم استواء سطح رقاقة السيليكون، ويكتشف في الوقت نفسه معلمات المظهر مثل حجم رقاقة السيليكون وقطرها؛يتم استخدام وحدة الكشف عن الشقوق الدقيقة للكشف عن الشقوق الدقيقة الداخلية لرقاقة السيليكون؛بالإضافة إلى ذلك، هناك وحدتان للكشف، تُستخدم إحدى وحدات الاختبار عبر الإنترنت بشكل أساسي لاختبار المقاومة السائبة لرقائق السيليكون ونوع رقائق السيليكون، ويتم استخدام الوحدة الأخرى للكشف عن عمر حامل الأقلية لرقائق السيليكون.قبل اكتشاف عمر حامل الأقلية والمقاومة، من الضروري اكتشاف الشقوق القطرية والدقيقة لرقاقة السيليكون، وإزالة رقاقة السيليكون التالفة تلقائيًا.يمكن لمعدات فحص رقائق السيليكون تحميل وتفريغ الرقائق تلقائيًا، ويمكنها وضع المنتجات غير المؤهلة في موضع ثابت، وبالتالي تحسين دقة وكفاءة الفحص.

2. سطح محكم

تحضير نسيج السيليكون أحادي البلورية هو استخدام النقش متباين الخواص للسيليكون لتشكيل ملايين من الأهرامات رباعية السطوح، أي الهياكل الهرمية، على سطح كل سنتيمتر مربع من السيليكون.بسبب الانعكاس والانكسار المتعدد للضوء الساقط على السطح، يتم زيادة امتصاص الضوء، ويتم تحسين تيار الدائرة القصيرة وكفاءة تحويل البطارية.عادةً ما يكون محلول النقش متباين الخواص للسيليكون محلولًا قلويًا ساخنًا.القلويات المتاحة هي هيدروكسيد الصوديوم، هيدروكسيد البوتاسيوم، هيدروكسيد الليثيوم والإيثيلينديامين.يتم تحضير معظم سيليكون الجلد المدبوغ باستخدام محلول مخفف غير مكلف من هيدروكسيد الصوديوم بتركيز حوالي 1%، وتكون درجة حرارة النقش 70-85 درجة مئوية.من أجل الحصول على جلد سويدي موحد، يجب أيضًا إضافة الكحوليات مثل الإيثانول والأيزوبروبانول إلى المحلول كعوامل معقدة لتسريع تآكل السيليكون.قبل تحضير الجلد المدبوغ، يجب إخضاع رقاقة السيليكون لحفر سطحي أولي، ويتم حفر حوالي 20-25 ميكرومتر بمحلول نقش قلوي أو حمضي.بعد حفر الجلد المدبوغ، يتم إجراء التنظيف الكيميائي العام.لا ينبغي تخزين رقائق السيليكون المحضرة على السطح في الماء لفترة طويلة لمنع التلوث، ويجب نشرها في أقرب وقت ممكن.

3. عقدة الانتشار

تحتاج الخلايا الشمسية إلى وصلة PN بمساحة كبيرة لتحقيق تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية، وفرن الانتشار عبارة عن معدات خاصة لتصنيع وصلة PN للخلايا الشمسية.يتكون فرن الانتشار الأنبوبي بشكل أساسي من أربعة أجزاء: الأجزاء العلوية والسفلية من قارب الكوارتز وغرفة غاز العادم وجزء جسم الفرن وجزء خزانة الغاز.يستخدم الانتشار عمومًا مصدر سائل أوكسي كلوريد الفوسفور كمصدر للانتشار.ضع رقاقة السيليكون من النوع P في حاوية الكوارتز لفرن الانتشار الأنبوبي، واستخدم النيتروجين لجلب أوكسي كلوريد الفوسفور إلى حاوية الكوارتز عند درجة حرارة عالية تبلغ 850-900 درجة مئوية.يتفاعل أوكسي كلوريد الفوسفور مع رقاقة السيليكون للحصول على الفسفور.ذرة.بعد فترة معينة من الزمن، تدخل ذرات الفوسفور إلى الطبقة السطحية لرقاقة السيليكون من كل مكان، وتخترق وتنتشر في رقاقة السيليكون من خلال الفجوات بين ذرات السيليكون، وتشكل الواجهة بين أشباه الموصلات من النوع N والنوع P-. اكتب أشباه الموصلات، أي تقاطع PN.تتميز وصلة PN التي تنتجها هذه الطريقة بتوحيد جيد، وعدم انتظام مقاومة الصفائح أقل من 10%، ويمكن أن يكون عمر حامل الأقلية أكبر من 10 مللي ثانية.تصنيع تقاطع PN هو العملية الأساسية والأكثر أهمية في إنتاج الخلايا الشمسية.ولأنه تكوين الوصلة PN، فإن الإلكترونات والثقوب لا تعود إلى أماكنها الأصلية بعد التدفق، فيتكون تيار، ويتم سحب التيار بواسطة سلك، وهو تيار مباشر.

4. زجاج سيليكات نزع الفسفرة

وتستخدم هذه العملية في عملية إنتاج الخلايا الشمسية.بواسطة التنميش الكيميائي، يتم غمر رقاقة السيليكون في محلول حمض الهيدروفلوريك لإنتاج تفاعل كيميائي لتوليد حمض سداسي فلورو سيليسيك المركب القابل للذوبان لإزالة نظام الانتشار.طبقة من زجاج الفسفوسيليكات تتشكل على سطح رقاقة السيليكون بعد الوصل.أثناء عملية الانتشار، يتفاعل POCL3 مع O2 لتكوين P2O5 الذي يترسب على سطح رقاقة السيليكون.يتفاعل P2O5 مع Si لتوليد ذرات SiO2 والفوسفور، وبهذه الطريقة، يتم تشكيل طبقة من SiO2 تحتوي على عناصر الفسفور على سطح رقاقة السيليكون، والتي تسمى زجاج الفسفوسيليكات.تتكون معدات إزالة زجاج سيليكات الفوسفور عمومًا من الجسم الرئيسي، وخزان التنظيف، ونظام التشغيل المؤازر، والذراع الميكانيكي، ونظام التحكم الكهربائي، ونظام توزيع الحمض الأوتوماتيكي.مصادر الطاقة الرئيسية هي حمض الهيدروفلوريك والنيتروجين والهواء المضغوط والمياه النقية والرياح العادمة الحرارية ومياه الصرف الصحي.يقوم حمض الهيدروفلوريك بإذابة السيليكا لأن حمض الهيدروفلوريك يتفاعل مع السيليكا لتوليد غاز رباعي فلوريد السيليكون المتطاير.إذا كان حمض الهيدروفلوريك زائدًا، فإن رباعي فلوريد السيليكون الناتج عن التفاعل سوف يتفاعل أيضًا مع حمض الهيدروفلوريك لتكوين مركب قابل للذوبان، حمض سداسي فلورو سيليسيك.

5. النقش بالبلازما

نظرًا لأنه أثناء عملية الانتشار، حتى إذا تم اعتماد الانتشار من الخلف إلى الخلف، فسوف ينتشر الفوسفور حتمًا على جميع الأسطح بما في ذلك حواف رقاقة السيليكون.سوف تتدفق الإلكترونات المولدة ضوئيًا المجمعة على الجانب الأمامي من تقاطع PN على طول منطقة الحافة حيث ينتشر الفوسفور إلى الجانب الخلفي من تقاطع PN، مما يتسبب في حدوث ماس كهربائي.لذلك، يجب حفر السيليكون المخدر الموجود حول الخلية الشمسية لإزالة وصلة PN عند حافة الخلية.تتم هذه العملية عادةً باستخدام تقنيات النقش بالبلازما.يكون حفر البلازما في حالة ضغط منخفض، حيث يتم تحفيز الجزيئات الأم للغاز التفاعلي CF4 بواسطة طاقة التردد الراديوي لتوليد التأين وتكوين البلازما.تتكون البلازما من إلكترونات وأيونات مشحونة.وتحت تأثير الإلكترونات يستطيع الغاز الموجود في غرفة التفاعل امتصاص الطاقة وتكوين عدد كبير من المجموعات النشطة بالإضافة إلى تحوله إلى أيونات.تصل المجموعات التفاعلية النشطة إلى سطح SiO2 بسبب الانتشار أو تحت تأثير مجال كهربائي، حيث تتفاعل كيميائيًا مع سطح المادة المراد حفرها، وتشكل منتجات تفاعل متطايرة تنفصل عن سطح المادة المراد حفرها. محفورة، ويتم ضخها من التجويف بواسطة نظام التفريغ.

6. طلاء مضاد للانعكاس

تبلغ انعكاسية سطح السيليكون المصقول 35%.من أجل تقليل انعكاس السطح وتحسين كفاءة التحويل للخلية، من الضروري إيداع طبقة من فيلم مضاد للانعكاس من نيتريد السيليكون.في الإنتاج الصناعي، غالبًا ما يتم استخدام معدات PECVD لتحضير أفلام مضادة للانعكاس.PECVD هو ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما.مبدأها الفني هو استخدام البلازما ذات درجة الحرارة المنخفضة كمصدر للطاقة، ويتم وضع العينة على كاثود تفريغ التوهج تحت ضغط منخفض، ويستخدم تفريغ التوهج لتسخين العينة إلى درجة حرارة محددة مسبقًا، ثم يتم استخدام كمية مناسبة من يتم إدخال الغازات التفاعلية SiH4 وNH3.بعد سلسلة من التفاعلات الكيميائية وتفاعلات البلازما، يتم تشكيل فيلم الحالة الصلبة، أي فيلم نيتريد السيليكون، على سطح العينة.بشكل عام، يبلغ سمك الفيلم المترسب بواسطة طريقة ترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما حوالي 70 نانومتر.تتمتع الأفلام بهذا السماكة بوظيفة بصرية.باستخدام مبدأ تداخل الغشاء الرقيق، يمكن تقليل انعكاس الضوء بشكل كبير، وزيادة تيار الدائرة القصيرة وإخراج البطارية بشكل كبير، كما يتم تحسين الكفاءة بشكل كبير.

7. طباعة الشاشة

بعد أن تمر الخلية الشمسية بعمليات التركيب والانتشار وPECVD، يتم تشكيل وصلة PN، والتي يمكن أن تولد تيارًا تحت الإضاءة.من أجل تصدير التيار المتولد، من الضروري عمل أقطاب كهربائية موجبة وسالبة على سطح البطارية.هناك العديد من الطرق لصنع الأقطاب الكهربائية، وطباعة الشاشة هي عملية الإنتاج الأكثر شيوعًا لصنع أقطاب الخلايا الشمسية.طباعة الشاشة هي طباعة نمط محدد مسبقًا على الركيزة عن طريق النقش.يتكون الجهاز من ثلاثة أجزاء: طباعة معجون الألومنيوم الفضي على الجزء الخلفي من البطارية، وطباعة معجون الألومنيوم على الجزء الخلفي من البطارية، وطباعة معجون الفضة على الجزء الأمامي من البطارية.مبدأ عملها هو: استخدام شبكة نمط الشاشة لاختراق الملاط، وتطبيق ضغط معين على جزء الملاط من الشاشة باستخدام مكشطة، والتحرك نحو الطرف الآخر من الشاشة في نفس الوقت.يتم ضغط الحبر من شبكة الجزء الرسومي على الركيزة بواسطة الممسحة أثناء تحركها.بسبب التأثير اللزج للمعجون، يتم تثبيت البصمة ضمن نطاق معين، وتكون الممسحة دائمًا على اتصال خطي مع لوحة طباعة الشاشة والركيزة أثناء الطباعة، ويتحرك خط الاتصال مع حركة الممسحة لإكمال السكتة الدماغية الطباعة.

8. التلبيد السريع

لا يمكن استخدام رقاقة السيليكون المطبوعة على الشاشة مباشرة.يجب أن يتم تلبيدها بسرعة في فرن تلبيد لحرق مادة رابطة الراتنج العضوية، مما يترك أقطابًا كهربائية فضية نقية تقريبًا ملتصقة بشكل وثيق برقاقة السيليكون بسبب عمل الزجاج.عندما تصل درجة حرارة القطب الفضي والسيليكون البلوري إلى درجة حرارة الانصهار، يتم دمج ذرات السيليكون البلورية في مادة القطب الفضي المنصهر بنسبة معينة، وبالتالي تشكيل الاتصال الأومي للأقطاب الكهربائية العلوية والسفلية، وتحسين الدائرة المفتوحة الجهد وعامل التعبئة للخلية.المعلمة الرئيسية هي جعلها تتمتع بخصائص المقاومة لتحسين كفاءة التحويل للخلية.

ينقسم فرن التلبيد إلى ثلاث مراحل: تلبيد أولي، تلبيد، وتبريد.الغرض من مرحلة ما قبل التلبد هو تحلل وحرق رابط البوليمر في الملاط، وترتفع درجة الحرارة ببطء في هذه المرحلة؛في مرحلة التلبيد، يتم الانتهاء من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المختلفة في الجسم الملبد لتشكيل هيكل فيلم مقاوم، مما يجعله مقاومًا حقًا.تصل درجة الحرارة إلى ذروتها في هذه المرحلة؛في مرحلة التبريد والتبريد، يتم تبريد الزجاج وتصلبه وتصلبه، بحيث يتم لصق هيكل الفيلم المقاوم بشكل ثابت على الركيزة.

9. الأجهزة الطرفية

في عملية إنتاج الخلايا، هناك حاجة أيضًا إلى مرافق طرفية مثل إمدادات الطاقة، والطاقة، وإمدادات المياه، والصرف الصحي، والتكييف، والفراغ، والبخار الخاص.تعتبر معدات الحماية من الحرائق وحماية البيئة ذات أهمية خاصة أيضًا لضمان السلامة والتنمية المستدامة.بالنسبة لخط إنتاج الخلايا الشمسية بقدرة إنتاجية سنوية تبلغ 50MW، فإن استهلاك الطاقة للعملية ومعدات الطاقة وحدها يبلغ حوالي 1800KW.تبلغ كمية المياه النقية المعالجة حوالي 15 طنًا في الساعة، ومتطلبات جودة المياه تتوافق مع المعايير الفنية EW-1 للمياه الإلكترونية الصينية GB/T11446.1-1997.تبلغ كمية مياه التبريد العملية أيضًا حوالي 15 طنًا في الساعة، ويجب ألا يزيد حجم الجسيمات في جودة المياه عن 10 ميكرون، ويجب أن تكون درجة حرارة إمدادات المياه 15-20 درجة مئوية.يبلغ حجم عادم الفراغ حوالي 300M3/H.وفي الوقت نفسه، هناك حاجة أيضًا إلى حوالي 20 مترًا مكعبًا من صهاريج تخزين النيتروجين و10 أمتار مكعبة من صهاريج تخزين الأكسجين.مع الأخذ في الاعتبار عوامل السلامة للغازات الخاصة مثل السيلان، من الضروري أيضًا إنشاء غرفة غاز خاصة لضمان سلامة الإنتاج بشكل مطلق.بالإضافة إلى ذلك، تعد أبراج احتراق السيلان ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي أيضًا مرافق ضرورية لإنتاج الخلايا.