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

Procédé de fabrication :

Le processus de production des cellules solaires est divisé en inspection des plaquettes de silicium – texturation et décapage de 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 leur qualité détermine directement leur rendement de conversion. Il est donc nécessaire de les inspecter dès leur réception. Ce procédé est principalement utilisé pour la mesure en ligne de certains paramètres techniques des plaquettes de silicium, notamment l'irrégularité de surface, la durée de vie des porteurs minoritaires, la résistivité, le type de référence et la présence de microfissures. Cet équipement comprend le chargement et le déchargement automatiques, le transfert des plaquettes de silicium, l'intégration système et quatre modules de détection. Parmi eux, le détecteur de plaquettes de silicium photovoltaïque détecte les irrégularités de surface et analyse simultanément les paramètres d'apparence tels que la taille et la diagonale de la plaquette. Le module de détection de microfissures détecte les microfissures internes de la plaquette de silicium. De plus, il existe deux modules de détection : l'un, un module de test en ligne, est principalement utilisé pour tester la résistivité volumique et le type de plaquettes de silicium, et l'autre, pour détecter la durée de vie des porteurs minoritaires. Avant de détecter la durée de vie et la résistivité des porteurs minoritaires, il est nécessaire de détecter les fissures diagonales et les microfissures de la plaquette de silicium, puis de retirer automatiquement la plaquette endommagée. L'équipement d'inspection des plaquettes de silicium peut charger et décharger automatiquement les plaquettes et placer les produits non qualifiés à un emplacement 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. Grâce aux multiples réflexions et réfractions de la lumière incidente à la surface, l'absorption lumineuse est augmentée, ce qui améliore le courant de court-circuit et le rendement de conversion de la batterie. 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 plupart du silicium suédé est préparé à partir d'une solution diluée peu coûteuse d'hydroxyde de sodium, d'une concentration d'environ 1 %, à une température de gravure comprise entre 70 et 85 °C. Pour obtenir un suédé uniforme, des alcools tels que l'éthanol et l'isopropanol doivent également être ajoutés à la solution comme complexants pour accélérer la corrosion du silicium. Avant la préparation du daim, la plaquette de silicium doit subir une gravure préliminaire de surface, sur une épaisseur d'environ 20 à 25 µm, avec une solution alcaline ou acide. Après la gravure, 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 désinfectées dès que possible.

3. Nœud de diffusion

Les cellules solaires nécessitent une jonction PN de grande surface pour convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique. Un four de diffusion est un équipement spécialisé pour la fabrication de cette jonction. Le four tubulaire de diffusion se compose principalement de quatre parties : les parties supérieure et inférieure de la nacelle en quartz, la chambre d'échappement des gaz, le corps du four et l'enceinte à gaz. La diffusion utilise généralement une source liquide d'oxychlorure de phosphore. La plaquette de silicium de type P est placée dans le récipient en quartz du four tubulaire et l'oxychlorure de phosphore est introduit dans le récipient en quartz à l'aide d'azote à une température élevée de 850 à 900 °C. L'oxychlorure de phosphore réagit avec la plaquette de silicium pour former un atome de phosphore. Après un certain temps, les atomes de phosphore pénètrent la couche superficielle de la plaquette de silicium de toutes parts, puis y diffusent à travers les espaces entre les atomes de silicium, formant ainsi l'interface entre le semi-conducteur de type N et le semi-conducteur de type P, c'est-à-dire la jonction PN. La jonction PN ainsi obtenue présente une bonne uniformité, une hétérogénéité de résistance de feuille inférieure à 10 % et une durée de vie des porteurs minoritaires supérieure à 10 ms. La fabrication d'une jonction PN est le processus le plus fondamental et le plus critique de la production de cellules solaires. Du fait de la formation de la jonction PN, les électrons et les trous ne reviennent pas à leur position initiale après leur passage, ce qui crée un courant électrique, qui est ensuite évacué par un fil, c'est-à-dire un courant continu.

4. Verre de silicate de déphosphorylation

Ce procédé est utilisé dans la production de cellules solaires. Par gravure chimique, la plaquette de silicium est immergée dans une solution d'acide fluorhydrique afin de produire une réaction chimique générant un composé complexe soluble, l'acide hexafluorosilicique, et ainsi éliminer le système de diffusion. Une couche de verre phosphosilicate se forme à la surface de la plaquette de silicium après la jonction. Au cours du processus de diffusion, POCL3 réagit avec O2 pour former 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. Une couche de SiO2 contenant des éléments phosphorés se forme ainsi à la surface de la plaquette de silicium, appelée verre phosphosilicate. L'équipement d'élimination du verre phosphosilicate se compose généralement d'un corps principal, d'un réservoir de nettoyage, d'un système d'entraînement servo, d'un bras mécanique, d'un système de contrôle électrique et d'un système automatique de distribution d'acide. Les principales sources d'énergie sont l'acide fluorhydrique, l'azote, l'air comprimé, l'eau pure, le vent d'évacuation de la chaleur et les eaux usées. L'acide fluorhydrique dissout la silice, car il réagit avec elle pour produire du tétrafluorure de silicium gazeux volatil. En cas d'excès d'acide fluorhydrique, le tétrafluorure de silicium produit par la réaction réagira à nouveau avec l'acide fluorhydrique pour former un complexe soluble, l'acide hexafluorosilicique.

5. Gravure au plasma

Lors du processus de diffusion, même en cas de diffusion dos à dos, 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 circulent 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 entourant la cellule solaire doit être gravé pour supprimer la jonction PN en bordure de la cellule. Ce processus est généralement réalisé par des techniques de gravure plasma. La gravure plasma se fait à basse pression : les molécules mères du gaz réactif CF4 sont excitées par 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 dans la chambre de réaction peut absorber de l'énergie et former un grand nombre de groupes actifs, en plus d'être converti en ions. Les groupes réactifs actifs atteignent la surface de 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 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 antireflet en nitrure de silicium. En production industrielle, l'équipement PECVD est souvent utilisé pour préparer des films antireflets. Le PECVD est un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Son principe technique consiste à utiliser un plasma basse température comme source d'énergie. L'échantillon est placé sur la cathode de la décharge luminescente sous basse pression. La décharge luminescente chauffe l'échantillon à une température prédéterminée, puis une quantité appropriée de gaz réactifs SiH4 et NH3 est introduite. Après une série de réactions chimiques et de réactions plasma, 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 cette méthode de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est d'environ 70 nm. Les films de cette épaisseur présentent des propriétés optiques. En utilisant le principe d'interférence de film mince, 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

Après que la cellule solaire a subi les processus de texturation, de diffusion et de dépôt chimique en phase vapeur (PECVD), une jonction PN est formée, capable de générer du courant sous l'effet de la lumière. 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 méthodes de fabrication d'électrodes, la sérigraphie étant le procédé le plus courant. La sérigraphie consiste à imprimer un motif prédéterminé sur le substrat par gaufrage. L'équipement comprend trois parties : une impression à la pâte argent-aluminium au dos de la batterie, une impression à la pâte aluminium au dos de la batterie et une impression à la pâte argent sur la face avant. Son principe de fonctionnement est le suivant : utiliser la maille du motif de l'écran pour pénétrer la pâte, appliquer une certaine pression sur la partie en pâte de l'écran avec un grattoir et déplacer simultanément vers l'autre extrémité de l'écran. L'encre est projetée de la maille de la partie graphique sur le substrat par la raclette au fur et à mesure de son déplacement. En raison de l'effet visqueux de la pâte, l'empreinte 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 la course d'impression.

8. frittage rapide

La plaquette de silicium sérigraphiée ne peut pas être utilisée directement. Elle doit être rapidement frittée dans un four de frittage afin de brûler le liant de résine organique, laissant des électrodes en argent presque pur, étroitement adhérentes à la plaquette de silicium grâce à 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 s'intègrent dans une certaine proportion au matériau d'électrode en argent fondu, formant ainsi le contact ohmique des électrodes supérieure et inférieure, améliorant ainsi la tension à vide et le facteur de remplissage de la cellule. L'essentiel est de lui conférer des caractéristiques de résistance afin d'améliorer le rendement de conversion de la cellule.

Le four de frittage est divisé en trois étapes : préfrittage, frittage et refroidissement. L'étape de préfrittage a pour but de décomposer et de brûler le liant polymère contenu dans la suspension. La température augmente alors lentement. L'étape de frittage permet au corps fritté de subir diverses réactions physiques et chimiques pour former une structure de film résistif, le rendant ainsi véritablement résistif. La température atteint alors un pic. Lors des étapes de refroidissement et de refroidissement, le verre est refroidi, durci et solidifié, de sorte que la structure de film résistif adhère fermement au substrat.

9. Périphériques

La production de cellules nécessite des installations périphériques telles que l'alimentation électrique, l'alimentation en eau, le drainage, le CVC, le vide et la vapeur spéciale. Les équipements de protection 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 puissance annuelle de 50 MW, la consommation électrique des équipements de traitement et d'alimentation est d'environ 1 800 kW. Le volume d'eau pure de traitement est d'environ 15 tonnes par heure, et les exigences de qualité de l'eau sont conformes à la norme technique chinoise EW-1 GB/T11446.1-1997 relative à l'eau de qualité électronique. Le volume d'eau de refroidissement de traitement est également d'environ 15 tonnes par heure, la granulométrie de l'eau ne doit pas dépasser 10 microns et la température d'alimentation doit être comprise entre 15 et 20 °C. Le volume d'évacuation sous vide est d'environ 300 m³/h. Des réservoirs de stockage d'azote d'environ 20 m³ et d'oxygène de 10 m³ sont également nécessaires. Compte tenu des facteurs de sécurité des gaz spéciaux tels que le silane, il est également nécessaire de mettre en place une chambre de gaz dédiée pour garantir la sécurité absolue de la production. De plus, les tours de combustion du silane et les stations d'épuration sont également des installations nécessaires à la production de cellules.