Cellules solaires

Les cellules solaires sont divisées en silicium cristallin et silicium amorphe, parmi lesquels les cellules en silicium cristallin peuvent être divisées en cellules monocristallines et cellules polycristallines ;l'efficacité du silicium monocristallin est différente de celle du silicium cristallin.

Classification:

Les cellules solaires en silicium cristallin couramment utilisées en Chine peuvent être divisées en :

Monocristal 125*125

Monocristal 156*156

Polycristallin 156*156

Monocristal 150*150

Monocristal 103*103

Polycristallin 125*125

Processus de fabrication:

Le processus de production des cellules solaires est divisé en inspection des plaquettes de silicium – texturation et décapage de la surface – jonction de diffusion – déphosphoration du verre de silicium – gravure et décapage au plasma – revêtement antireflet – sérigraphie – frittage rapide, etc. Les détails sont les suivants :

1. Inspection des plaquettes de silicium

Les plaquettes de silicium sont les supports des cellules solaires et la qualité des plaquettes de silicium détermine directement l'efficacité de conversion des cellules solaires.Il est donc nécessaire d’inspecter les tranches de silicium entrantes.Ce processus est principalement utilisé pour la mesure en ligne de certains paramètres techniques des plaquettes de silicium. Ces paramètres incluent principalement l'irrégularité de la surface des plaquettes, la durée de vie des porteurs minoritaires, la résistivité, le type P/N et les microfissures, etc. Ce groupe d'équipements est divisé en chargement et déchargement automatiques. , transfert de tranche de silicium, partie d'intégration du système et quatre modules de détection.Parmi eux, le détecteur de plaquette de silicium photovoltaïque détecte l'irrégularité de la surface de la plaquette de silicium et détecte simultanément les paramètres d'apparence tels que la taille et la diagonale de la plaquette de silicium ;le module de détection de microfissures est utilisé pour détecter les microfissures internes de la tranche de silicium ;en outre, il existe deux modules de détection, l'un des modules de test en ligne est principalement utilisé pour tester la résistivité globale des tranches de silicium et le type de tranches de silicium, et l'autre module est utilisé pour détecter la durée de vie des porteurs minoritaires des tranches de silicium.Avant la détection de la durée de vie et de la résistivité des porteurs minoritaires, il est nécessaire de détecter la diagonale et les microfissures de la plaquette de silicium, et de retirer automatiquement la plaquette de silicium endommagée.L'équipement d'inspection des plaquettes de silicium peut charger et décharger automatiquement les plaquettes et placer des produits non qualifiés dans une position fixe, améliorant ainsi la précision et l'efficacité de l'inspection.

2. Surface texturée

La préparation d'une texture de silicium monocristallin consiste à utiliser la gravure anisotrope du silicium pour former des millions de pyramides tétraédriques, c'est-à-dire des structures pyramidales, à la surface de chaque centimètre carré de silicium.En raison de la réflexion et de la réfraction multiples de la lumière incidente sur la surface, l'absorption de la lumière est augmentée et le courant de court-circuit et l'efficacité de conversion de la batterie sont améliorés.La solution de gravure anisotrope du silicium est généralement une solution alcaline chaude.Les alcalis disponibles sont l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de lithium et l'éthylènediamine.La majeure partie du silicium suédé est préparée en utilisant une solution diluée peu coûteuse d'hydroxyde de sodium avec une concentration d'environ 1 %, et la température de gravure est de 70 à 85 °C.Afin d'obtenir un daim uniforme, des alcools tels que l'éthanol et l'isopropanol doivent également être ajoutés à la solution comme agents complexants pour accélérer la corrosion du silicium.Avant de préparer le daim, la plaquette de silicium doit être soumise à une gravure préliminaire de surface et environ 20 à 25 µm sont gravés avec une solution de gravure alcaline ou acide.Une fois le daim gravé, un nettoyage chimique général est effectué.Les plaquettes de silicium préparées en surface ne doivent pas être conservées longtemps dans l'eau pour éviter toute contamination, et doivent être diffusées dès que possible.

3. Noeud de diffusion

Les cellules solaires ont besoin d'une jonction PN de grande surface pour réaliser la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique, et un four à diffusion est un équipement spécial pour fabriquer la jonction PN des cellules solaires.Le four à diffusion tubulaire est principalement composé de quatre parties : les parties supérieure et inférieure du bateau à quartz, la chambre des gaz d'échappement, la partie corps du four et la partie armoire à gaz.La diffusion utilise généralement une source liquide d'oxychlorure de phosphore comme source de diffusion.Placez la plaquette de silicium de type P dans le récipient en quartz du four à diffusion tubulaire et utilisez de l'azote pour amener l'oxychlorure de phosphore dans le récipient en quartz à une température élevée de 850 à 900 degrés Celsius.L'oxychlorure de phosphore réagit avec la plaquette de silicium pour obtenir du phosphore.atome.Après un certain temps, les atomes de phosphore pénètrent dans la couche superficielle de la plaquette de silicium de partout, pénètrent et diffusent dans la plaquette de silicium à travers les espaces entre les atomes de silicium, formant ainsi l'interface entre le semi-conducteur de type N et le P- type semi-conducteur, c’est-à-dire la jonction PN.La jonction PN produite par ce procédé présente une bonne uniformité, la non-uniformité de la résistance de feuille est inférieure à 10 % et la durée de vie des porteurs minoritaires peut être supérieure à 10 ms.La fabrication de la jonction PN est le processus le plus fondamental et le plus critique dans la production de cellules solaires.Parce qu'il s'agit de la formation de la jonction PN, les électrons et les trous ne retournent pas à leur place d'origine après avoir circulé, de sorte qu'un courant se forme et que le courant est extrait par un fil, qui est du courant continu.

4. Verre silicaté de déphosphorylation

Ce procédé est utilisé dans le processus de production de cellules solaires.Par gravure chimique, la plaquette de silicium est immergée dans une solution d'acide fluorhydrique pour produire une réaction chimique permettant de générer un composé complexe soluble, l'acide hexafluorosilicique, pour éliminer le système de diffusion.Une couche de verre phosphosilicate formée à la surface de la plaquette de silicium après la jonction.Au cours du processus de diffusion, POCL3 réagit avec l'O2 pour former du P2O5 qui se dépose à la surface de la plaquette de silicium.P2O5 réagit avec Si pour générer des atomes de SiO2 et de phosphore. De cette manière, une couche de SiO2 contenant des éléments phosphorés se forme à la surface de la plaquette de silicium, appelée verre phosphosilicate.L'équipement pour éliminer le verre de silicate phosphoreux est généralement composé du corps principal, d'un réservoir de nettoyage, d'un système de servomoteur, d'un bras mécanique, d'un système de commande électrique et d'un système de distribution automatique d'acide.Les principales sources d'énergie sont l'acide fluorhydrique, l'azote, l'air comprimé, l'eau pure, la chaleur du vent et les eaux usées.L'acide fluorhydrique dissout la silice car l'acide fluorhydrique réagit avec la silice pour générer du tétrafluorure de silicium gazeux volatil.Si l'acide fluorhydrique est excessif, le tétrafluorure de silicium produit par la réaction réagira en outre avec l'acide fluorhydrique pour former un complexe soluble, l'acide hexafluorosilicique.

5. Gravure au plasma

Car pendant le processus de diffusion, même si une diffusion dos à dos est adoptée, le phosphore sera inévitablement diffusé sur toutes les surfaces, y compris les bords de la plaquette de silicium.Les électrons photogénérés collectés sur la face avant de la jonction PN circuleront le long de la zone périphérique où le phosphore est diffusé vers la face arrière de la jonction PN, provoquant un court-circuit.Par conséquent, le silicium dopé autour de la cellule solaire doit être gravé pour supprimer la jonction PN au bord de la cellule.Ce processus est généralement réalisé à l’aide de techniques de gravure au plasma.La gravure au plasma se fait dans un état de basse pression, les molécules mères du gaz réactif CF4 sont excitées par la puissance radiofréquence pour générer une ionisation et former un plasma.Le plasma est composé d'électrons et d'ions chargés.Sous l’impact des électrons, le gaz présent dans la chambre de réaction peut absorber de l’énergie et former un grand nombre de groupes actifs en plus d’être convertis en ions.Les groupes réactifs actifs atteignent la surface du SiO2 par diffusion ou sous l'action d'un champ électrique, où ils réagissent chimiquement avec la surface du matériau à graver et forment des produits de réaction volatils qui se séparent de la surface du matériau à graver. gravés et sont pompés hors de la cavité par le système de vide.

6. Revêtement antireflet

La réflectivité de la surface polie du silicium est de 35 %.Afin de réduire la réflexion de surface et d'améliorer le rendement de conversion de la cellule, il est nécessaire de déposer une couche de film antireflet en nitrure de silicium.Dans la production industrielle, les équipements PECVD sont souvent utilisés pour préparer des films antireflets.Le PECVD est un dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma.Son principe technique est d'utiliser un plasma à basse température comme source d'énergie, l'échantillon est placé sur la cathode de la décharge luminescente sous basse pression, la décharge luminescente est utilisée pour chauffer l'échantillon à une température prédéterminée, puis une quantité appropriée de des gaz réactifs SiH4 et NH3 sont introduits.Après une série de réactions chimiques et de réactions plasmatiques, un film solide, c'est-à-dire un film de nitrure de silicium, se forme à la surface de l'échantillon.En général, l'épaisseur du film déposé par ce procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est d'environ 70 nm.Les films de cette épaisseur ont une fonctionnalité optique.En utilisant le principe de l'interférence des couches minces, la réflexion de la lumière peut être considérablement réduite, le courant de court-circuit et la sortie de la batterie sont considérablement augmentés et l'efficacité est également considérablement améliorée.

7. sérigraphie

Une fois que la cellule solaire a subi les processus de texturation, de diffusion et de PECVD, une jonction PN s'est formée, qui peut générer du courant sous illumination.Afin d’exporter le courant généré, il est nécessaire de réaliser des électrodes positives et négatives à la surface de la batterie.Il existe de nombreuses façons de fabriquer des électrodes, et la sérigraphie est le processus de production le plus courant pour fabriquer des électrodes de cellules solaires.La sérigraphie consiste à imprimer un motif prédéterminé sur le substrat au moyen d'un gaufrage.L'équipement se compose de trois parties : une impression à la pâte d'argent et d'aluminium au dos de la batterie, une impression à la pâte d'aluminium au dos de la batterie et une impression à la pâte d'argent à l'avant de la batterie.Son principe de fonctionnement est le suivant : utilisez les mailles du motif du tamis pour pénétrer dans le lisier, appliquez une certaine pression sur la partie du tamis à lisier avec un grattoir et déplacez-vous en même temps vers l'autre extrémité du tamis.L'encre est expulsée du maillage de la partie graphique sur le substrat par la raclette lors de son déplacement.En raison de l'effet visqueux de la pâte, l'impression est fixée dans une certaine plage, et la raclette est toujours en contact linéaire avec la plaque de sérigraphie et le substrat pendant l'impression, et la ligne de contact se déplace avec le mouvement de la raclette pour terminer le trait d'impression.

8. frittage rapide

La plaquette de silicium sérigraphiée ne peut pas être utilisée directement.Il doit être rapidement fritté dans un four de frittage pour brûler le liant de résine organique, laissant des électrodes d'argent presque pures qui adhèrent étroitement à la plaquette de silicium en raison de l'action du verre.Lorsque la température de l'électrode d'argent et du silicium cristallin atteint la température eutectique, les atomes de silicium cristallin sont intégrés dans le matériau de l'électrode d'argent fondu dans une certaine proportion, formant ainsi le contact ohmique des électrodes supérieure et inférieure et améliorant le circuit ouvert. tension et facteur de remplissage de la cellule.Le paramètre clé est de lui donner des caractéristiques de résistance pour améliorer l’efficacité de conversion de la cellule.

Le four de frittage est divisé en trois étapes : pré-frittage, frittage et refroidissement.Le but de l'étape de pré-frittage est de décomposer et de brûler le liant polymère dans la suspension, et la température augmente lentement à cette étape ;au cours de l'étape de frittage, diverses réactions physiques et chimiques sont réalisées dans le corps fritté pour former une structure de film résistif, le rendant véritablement résistif., la température atteint un pic à ce stade ;lors de l'étape de refroidissement et de refroidissement, le verre est refroidi, durci et solidifié, de sorte que la structure du film résistif adhère fermement au substrat.

9. Périphériques

Dans le processus de production de cellules, des installations périphériques telles que l'alimentation électrique, l'alimentation en eau, le drainage, la CVC, le vide et la vapeur spéciale sont également nécessaires.Les équipements de protection contre l'incendie et de protection de l'environnement sont également particulièrement importants pour garantir la sécurité et le développement durable.Pour une ligne de production de cellules solaires d'une production annuelle de 50 MW, la consommation électrique du processus et de l'équipement électrique à elle seule est d'environ 1 800 kW.La quantité d'eau pure de traitement est d'environ 15 tonnes par heure et les exigences en matière de qualité de l'eau répondent à la norme technique EW-1 de l'eau de qualité électronique chinoise GB/T11446.1-1997.La quantité d'eau de refroidissement de processus est également d'environ 15 tonnes par heure, la taille des particules dans la qualité de l'eau ne doit pas dépasser 10 microns et la température d'alimentation en eau doit être de 15 à 20 °C.Le volume d'échappement sous vide est d'environ 300 M3/H.Dans le même temps, environ 20 mètres cubes de réservoirs de stockage d'azote et 10 mètres cubes de réservoirs de stockage d'oxygène sont également nécessaires.Compte tenu des facteurs de sécurité des gaz spéciaux comme le silane, il est également nécessaire de mettre en place une salle de gaz spéciale pour assurer absolument la sécurité de la production.En outre, les tours de combustion de silane et les stations de traitement des eaux usées sont également des installations nécessaires à la production de cellules.