Napelemek

A napelemeket kristályos szilíciumra és amorf szilíciumra osztják, amelyek közül a kristályos szilícium cellák tovább oszthatók monokristályos cellákra és polikristályos cellákra; a monokristályos szilícium hatékonysága eltér a kristályos szilíciumétól.

Osztályozás:

A Kínában általánosan használt kristályos szilícium napelemek a következőkre oszthatók:

Egykristály 125*125

Egykristály 156*156

Polikristályos 156*156

Egykristály 150*150

Egykristály 103*103

Polikristályos 125*125

Gyártási folyamat:

A napelemek gyártási folyamata szilícium lapka vizsgálatra – felületi textúrára és pácolásra – diffúziós csomópontra – foszformentesítésre, szilíciumüvegre – plazmamaratásra és pácolásra – tükröződésmentes bevonásra – szitanyomásra – gyors szinterezésre oszlik. A részletek a következők:

1. Szilícium lapka ellenőrzése

A szilíciumlapkák a napelemek hordozói, a szilíciumlapkák minősége pedig közvetlenül meghatározza a napelemek konverziós hatékonyságát. Ezért szükséges a beérkező szilícium lapkák ellenőrzése. Ezt az eljárást főként szilíciumlapkák egyes műszaki paramétereinek online mérésére használják, ezek a paraméterek elsősorban a lapka felületének egyenetlenségeit, a kisebbségi hordozó élettartamát, az ellenállást, a P/N típust és a mikrorepedéseket stb. , szilícium lapka átvitel, rendszerintegrációs rész és négy érzékelő modul. Ezek közül a fotovoltaikus szilícium lapka detektor érzékeli a szilícium lapka felületének egyenetlenségeit, és egyidejűleg érzékeli a megjelenési paramétereket, például a szilícium lapka méretét és átlóját; a mikro-repedés-érzékelő modul a szilíciumlapka belső mikrorepedéseinek kimutatására szolgál; ezen kívül két Detection modul is van, az egyik online tesztmodul elsősorban a szilíciumlapkák ömlesztett ellenállásának és a szilíciumlapkák típusának tesztelésére szolgál, a másik modul pedig a szilíciumlapkák kisebbségi hordozó élettartamának kimutatására szolgál. A kisebbségi hordozó élettartamának és fajlagos ellenállásának kimutatása előtt szükséges a szilícium ostya átlós és mikro repedéseinek észlelése, és a sérült szilícium lapka automatikus eltávolítása. A szilícium lapkák ellenőrző berendezései automatikusan be- és kirakodhatnak ostyákat, és fix pozícióba helyezhetik a minősíthetetlen termékeket, javítva ezzel az ellenőrzés pontosságát és hatékonyságát.

2. Felület texturált

A monokristályos szilícium textúra előállítása a szilícium anizotróp maratásával történik, hogy a szilícium minden négyzetcentiméterének felületén milliónyi tetraéderes piramis, azaz piramisszerkezet jöjjön létre. A felületre beeső fény többszörös visszaverődése és törése miatt a fényelnyelés megnövekszik, és javul az akkumulátor zárlati árama és konverziós hatékonysága. A szilícium anizotróp maratási oldata általában forró lúgos oldat. A rendelkezésre álló lúgok a nátrium-hidroxid, kálium-hidroxid, lítium-hidroxid és etilén-diamin. A velúr szilícium nagy részét olcsó, körülbelül 1%-os koncentrációjú, hígított nátrium-hidroxid-oldat felhasználásával állítják elő, a maratási hőmérséklet 70-85 °C. Az egységes velúr elérése érdekében az oldathoz alkoholokat, például etanolt és izopropanolt is kell adni komplexképző szerként, hogy felgyorsítsák a szilícium korrózióját. A velúr elkészítése előtt a szilícium ostyát előzetes felületi maratással kell ellátni, és kb. 20-25 μm-t lúgos vagy savas maratóoldattal maratni. A velúr maratása után általános vegyi tisztítást végeznek. A felületre előkészített szilícium ostyákat a szennyeződés elkerülése érdekében nem szabad hosszú ideig vízben tárolni, és a lehető leghamarabb szét kell szórni.

3. Diffúziós csomó

A napelemeknek nagy felületű PN csomópontra van szükségük a fényenergia elektromos energiává alakításához, a diffúziós kemence pedig egy speciális berendezés a napelemek PN csomópontjának gyártásához. A cső alakú diffúziós kemence alapvetően négy részből áll: a kvarchajó felső és alsó részéből, a kipufogógáz kamrából, a kemence testrészéből és a gázszekrény részből. A diffúzió általában folyékony foszfor-oxi-kloridot használ diffúziós forrásként. Helyezze a P-típusú szilícium ostyát a cső alakú diffúziós kemence kvarctartályába, és nitrogén segítségével vigye be a foszfor-oxi-kloridot a kvarctartályba 850-900 Celsius fokos magas hőmérsékleten. A foszfor-oxi-klorid reakcióba lép a szilícium lapkával, és így foszfort nyer. atom. Egy bizonyos idő elteltével a foszforatomok mindenhonnan bejutnak a szilíciumlapka felületi rétegébe, és a szilícium-atomok közötti réseken keresztül behatolnak a szilíciumlapkába, és bediffundálnak a szilícium lapkába, így az N-típusú félvezető és a P. típusú félvezető, azaz a PN átmenet. Az ezzel a módszerrel előállított PN csomópont jó egyenletességgel rendelkezik, a lemezellenállás egyenetlensége kisebb, mint 10%, a kisebbségi hordozó élettartama pedig 10 ms-nál hosszabb lehet. A PN csomópont gyártása a napelemgyártás legalapvetőbb és legkritikusabb folyamata. Mivel ez a PN átmenet kialakulása, az elektronok és a lyukak áramlás után nem térnek vissza eredeti helyükre, így áram keletkezik, és az áramot egy vezeték vonja ki, ami egyenáram.

4. Defoszforilációs szilikátüveg

Ezt az eljárást a napelemek gyártási folyamatában használják. Kémiai maratással a szilícium ostyát hidrogén-fluorid-oldatba merítik, hogy kémiai reakciót hajtsanak végre, és így oldható komplex vegyület hexafluor-kovasav keletkezzen a diffúziós rendszer eltávolítására. A szilícium lapka felületén a csatlakozás után foszfoszilikát üvegréteg alakult ki. A diffúziós folyamat során a POCL3 reakcióba lép az O2-vel, és P2O5-öt képez, amely lerakódik a szilícium lapka felületére. A P2O5 a Si-vel reagálva SiO2 és foszfor atomokat hoz létre. Ily módon a szilícium lapka felületén foszforelemeket tartalmazó SiO2 réteg alakul ki, amit foszfoszilikát üvegnek neveznek. A foszfor-szilikát üveg eltávolítására szolgáló berendezés általában a fő testből, a tisztítótartályból, a szervohajtási rendszerből, a mechanikus karból, az elektromos vezérlőrendszerből és az automatikus savelosztó rendszerből áll. A fő energiaforrások a fluorsav, nitrogén, sűrített levegő, tiszta víz, hőelvezető szél és szennyvíz. A hidrogén-fluorsav feloldja a szilícium-dioxidot, mivel a hidrogén-fluorsav reakcióba lép a szilícium-dioxiddal, és illékony szilícium-tetrafluorid gázt hoz létre. Ha a hidrogén-fluorid túl sok, a reakció során keletkező szilícium-tetrafluorid tovább reagál a hidrogén-fluoriddal, és így oldható komplexet, hexafluor-kovasavat képez.

5. Plazmamarás

Mivel a diffúziós folyamat során a foszfor elkerülhetetlenül szétszóródik minden felületen, beleértve a szilícium lapka széleit is, még akkor is, ha az egymás közötti diffúziót alkalmazzák. A PN csomópont elülső oldalán összegyűlt fotogenerált elektronok a peremterület mentén áramlanak, ahol a foszfor a PN csomópont hátsó oldalára diffundál, rövidzárlatot okozva. Ezért a napelem körüli adalékolt szilíciumot maratni kell, hogy eltávolítsuk a PN csomópontot a cella szélén. Ezt a folyamatot általában plazmamaratási technikákkal végzik. A plazmamarás alacsony nyomású állapotban van, a CF4 reaktív gáz kiindulási molekuláit rádiófrekvenciás teljesítmény gerjeszti, hogy ionizációt generáljon és plazmát képezzen. A plazma töltött elektronokból és ionokból áll. Az elektronok hatására a reakciókamrában lévő gáz energiát nyel el, és amellett, hogy ionokká alakul, nagyszámú aktív csoportot képezhet. Az aktív reaktív csoportok diffúzió vagy elektromos tér hatására eljutnak a SiO2 felületére, ahol kémiai reakcióba lépnek a maratandó anyag felületével, és illékony reakciótermékeket képeznek, amelyek elválik a marandó anyag felületétől. maratott, és a vákuumrendszer kiszivattyúzza az üregből.

6. Tükröződésgátló bevonat

A polírozott szilícium felület fényvisszaverő képessége 35%. A felületi visszaverődés csökkentése és a cella konverziós hatékonyságának javítása érdekében egy réteg szilícium-nitrid tükröződésgátló filmet kell felhordani. Az ipari termelésben a PECVD berendezést gyakran használják tükröződésmentes filmek készítésére. A PECVD egy plazmával fokozott kémiai gőzleválasztás. Műszaki elve az, hogy energiaforrásként alacsony hőmérsékletű plazmát használnak, a mintát alacsony nyomáson az izzító kisülés katódjára helyezik, az izzító kisüléssel a mintát egy előre meghatározott hőmérsékletre melegítik, majd megfelelő mennyiségű reaktív SiH4 és NH3 gázokat vezetnek be. Kémiai reakciók és plazmareakciók sorozata után a minta felületén szilárdtest film, azaz szilícium-nitrid film képződik. Általában az ezzel a plazmával javított kémiai gőzleválasztási módszerrel leválasztott film vastagsága körülbelül 70 nm. Az ilyen vastagságú fóliák optikai funkcióval rendelkeznek. A vékonyréteg-interferencia elvét alkalmazva a fény visszaverődése jelentősen csökkenthető, a rövidzárlati áram és az akkumulátor teljesítménye jelentősen megnő, és a hatékonyság is jelentősen javul.

7. szitanyomás

Miután a napelem átment a textúrázási, diffúziós és PECVD folyamatokon, egy PN átmenet alakult ki, amely megvilágítás mellett áramot tud generálni. A generált áram exportálásához pozitív és negatív elektródákat kell készíteni az akkumulátor felületén. Az elektródák előállításának számos módja van, és a szitanyomás a legelterjedtebb gyártási eljárás a napelem-elektródák gyártásához. A szitanyomás egy előre meghatározott minta nyomtatása a hordozóra dombornyomással. A berendezés három részből áll: ezüst-alumínium paszta nyomtatás az akkumulátor hátoldalán, alumínium paszta nyomtatás az akkumulátor hátoldalán, és ezüstpaszta nyomtatás az akkumulátor előlapján. Működési elve: használja a szitamintázat hálóját a zagy behatolására, egy kaparóval bizonyos nyomást gyakorol a szita zagyos részére, és ezzel egyidejűleg haladjon a szita másik vége felé. A tintát a grafikus rész hálójából a hordozóra préseli a gumibetét, ahogy mozog. A paszta viszkózus hatása miatt a lenyomat egy bizonyos tartományon belül rögzül, és a gumibetét mindig lineárisan érintkezik a szitanyomó lemezzel és a hordozóval a nyomtatás során, és az érintkezési vonal a gumibetét mozgásával együtt mozog, hogy befejezze. a nyomdavonás.

8. gyors szinterezés

A szitanyomott szilícium ostya közvetlenül nem használható. Gyorsan szinterezni kell egy szinterező kemencében, hogy leégjen a szerves gyanta kötőanyag, így szinte tiszta ezüst elektródák maradnak, amelyek az üveg hatására szorosan hozzátapadnak a szilícium lapkához. Amikor az ezüstelektróda és a kristályos szilícium hőmérséklete eléri az eutektikus hőmérsékletet, a kristályos szilícium atomok bizonyos arányban beépülnek az olvadt ezüstelektród anyagába, ezáltal kialakítva a felső és alsó elektródák ohmos érintkezését, és javítva a nyitott áramkört. a cella feszültsége és töltési tényezője. A legfontosabb paraméter az, hogy olyan ellenállási jellemzőkkel rendelkezzen, amelyek javítják a cella konverziós hatékonyságát.

A szinterező kemence három szakaszra oszlik: előszinterelés, szinterezés és hűtés. Az előszinterelési szakasz célja a polimer kötőanyag lebontása és elégetése a zagyban, és a hőmérséklet ebben a szakaszban lassan emelkedik; a szinterezési szakaszban a szinterezett testben különböző fizikai és kémiai reakciók végbemennek, hogy ellenálló filmszerkezetet alakítsanak ki, így az valóban ellenálló. , a hőmérséklet ebben a szakaszban eléri a csúcsot; a hűtési és hűtési szakaszban az üveget lehűtik, megkeményítik és megszilárdítják, így az ellenálló filmszerkezet szilárdan tapad a hordozóhoz.

9. Perifériák

A cellagyártás során olyan perifériás létesítményekre is szükség van, mint az áramellátás, az áramellátás, a vízellátás, a vízelvezetés, a HVAC, a vákuum és a speciális gőz. A tűzvédelmi és környezetvédelmi felszerelések különösen fontosak a biztonság és a fenntartható fejlődés érdekében. Egy 50 MW éves teljesítményű napelem gyártósor esetében a folyamat- és energiafelhasználás önmagában körülbelül 1800 KW. A technológiai tisztaságú víz mennyisége körülbelül 15 tonna óránként, és a vízminőségi követelmények megfelelnek a kínai GB/T11446.1-1997 elektronikus minőségű víz EW-1 műszaki szabványának. A technológiai hűtővíz mennyisége is körülbelül 15 tonna óránként, a vízminőségben a szemcseméret nem lehet nagyobb 10 mikronnál, a betáplált víz hőmérséklete pedig 15-20 °C. A vákuum kipufogógáz mennyisége körülbelül 300 M3/H. Ugyanakkor mintegy 20 köbméter nitrogéntároló és 10 köbméter oxigéntároló tartály is szükséges. Figyelembe véve a speciális gázok, például a szilán biztonsági tényezőit, szükséges egy speciális gázkamra kialakítása is a gyártás biztonságának abszolút biztosítása érdekében. Emellett a szilán égetőtornyok és a szennyvíztisztító állomások is szükséges létesítmények a cellagyártáshoz.