シリコン太陽電池の製造原理は何ですか

- Jul 09, 2019-

solar cell production process flow


シリコンウエハから太陽電池を製造する準備ができた太陽電池の最終試験までに8つのステップがあります。


ステップ1:ウェハチェック


シリコンウェーハは太陽電池のキャリアです。 シリコンウェハの品質は太陽電池の変換効率を直接左右するので、入ってくるシリコンウェハをテストする必要があります。 このプロセスは主に、表面粗さ、少数寿命、抵抗率、P / Nタイプ、マイクロクラックなど、シリコンウェーハのいくつかの技術的パラメータのオンライン測定に使用されます。 4つの検出モジュール


wafer inspection


これらのうち、光起電力シリコンウェハ検出器は、シリコンウェハの表面粗さを検出すると同時に、シリコンウェハのサイズおよび対角線などの外観パラメータを検出する。 マイクロクラック検出モジュールは、シリコンウェーハの内部マイクロクラックを検出するために使用されます。 さらに、2つの検出モジュールがあり、そのうちの1つは主にウェーハの抵抗率とウェーハの種類をテストするオンラインテストモジュールで、もう1つのモジュールはシリコンウェーハの少数派寿命をテストするために使用されます。 少数寿命および抵抗率の検出の前に、シリコンウエハの対角線および微小亀裂を検出し、損傷を受けたシリコンウエハを自動的に取り除くべきである。 ウェハ試験装置は、ウェハを自動的にロードおよびアンロードすることができ、テストの精度および効率を向上させるために、不適当な製品を定位置に置くことができる。


ステップ2:テクスチャリングとクリーニング


texture


単結晶シリコンスエードの表面の調製は、シリコンの異方性腐食を使用して、平方センチメートル毎のシリコン表面に何百万もの四面ピラミッド構造を形成することである。 表面での入射光の多重反射および屈折により、光の吸収が増大し、電池の短絡電流および変換効率が向上する。


シリコン異方性腐食溶液は通常熱アルカリ溶液である。 利用可能な塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、およびエチレンジアミンである。 それらのほとんどはスエードシリコンを調製するために約1%の濃度の安価な水酸化ナトリウム希薄溶液を使用し、そして腐食温度は70〜85℃である。 均一なスエードを得るために、エタノールおよびイソプロパノールのようなアルコールを錯化剤として添加してケイ素の腐食を促進させるべきである。 スエードを準備する前に、シリコンウエハは初期表面腐食を受け、それを除去するために約20〜25ミクロンのアルカリ性または酸性の腐食液が使用されなければならない。 スエードが腐食した後、一般的な化学洗浄を実施しなければならない。 表面に用意されたシリコンウエハーは、汚染を防ぐために長期間水中に保管してはいけません。


ステップ3:拡散


diffusion


光エネルギーの電気エネルギーへの変換を実現するためには、大面積のPN接合が必要である。 拡散炉は太陽電池のPN接合を製造するための特別な装置です。 管状拡散炉は、石英ボートの上部、排気室、炉本体部およびガスキャビネット部の4つの部分から主に構成されている。 一般に、オキシ塩化リンの液体供給源が拡散供給源として使用される。 P型シリコンウェハを管状拡散炉の石英容器に入れる。 オキシ塩化リンは、摂氏850〜900度の高温で窒素によって石英容器に入れられる。 オキシ塩化リンはシリコンウエハと反応してリン原子を得る。 一定時間後、リン原子はシリコンウェハの表面層に全周から入り込み、シリコン原子間の間隙を通ってシリコンウェハに浸透し、n型半導体とp型半導体の接合部、すなわちPNを形成する。ジャンクション この方法によって製造されたPN接合は良好な均一性を有し、ブロック抵抗の不均一性は10%未満であり、少数寿命は10msを超える。 PN接合を行うことは、太陽電池製造における最も基本的かつ重要なプロセスです。 それはPN接合の形成であるため、流れ中の電子および正孔は元の状態に戻らないので、電流を引き出すためにワイヤを使用する電流の形成は直流である。 このプロセスは、太陽電池ウェハの製造と製造に使用されています。


ステップ4:エッジの隔離 洗浄


化学腐食によって、拡散後にシリコンウェハの表面に形成されたリンシリコンガラスの層を除去するために、シリコンウェハをフッ化水素酸溶液に浸漬して化学反応を起こして可溶性錯体ヘキサフルオロケイ酸を形成する。 拡散プロセスにおいて、POCL 3は、O 2と反応して、シリコンウェーハの表面上にP 2 O 5堆積を生成する。 P 2 O 5はSiと反応してSiO 2とリン原子を生成する。 このようにして、リン元素を含有するSiO 2の層がシリコンウエハの表面上に形成され、これはホスホシリコンガラスと呼ばれる。


リンシリコンガラス用の装置は一般に本体、洗浄タンク、サーボ駆動システム、機械式アーム、電気制御システム、自動酸分配システムなどで構成されています。主な電源はフッ化水素酸、窒素、圧縮空気、純水、排熱と排水。 フッ化水素酸はシリカと反応して揮発性の四フッ化ケイ素ガスを形成するので、フッ化水素酸はシリカを溶解することができる。 フッ化水素酸が過剰である場合、反応によって形成された四フッ化ケイ素はさらにフッ化水素酸と反応して可溶性錯体ヘキサフルオロケイ酸を形成する。


Edge isolation


拡散のプロセスのために、たとえ連続拡散を用いたとしても、シリコンウエハの縁を含む全ての表面は必然的にリンで拡散されるであろう。 PN接合の前面から収集された光生成電子は、リン領域の縁に沿ってPN接合の背面に流れ、短絡を引き起こす。 従って、太陽電池の周りのドープされたシリコンは、電池の端部のPN接合を除去するためにエッチングされなければならない。


プラズマエッチングは通常このプロセスを完了するために使用されます。 プラズマエッチングは、反応性ガスCF 4の親分子が低圧での高周波電力の励起下でイオン化してプラズマを形成するプロセスである。 プラズマは荷電した電子とイオン、イオンに変換することに加えて、電子の衝撃の下で反応室内のガスで構成されていますが、またエネルギーを吸収し、多数の活性基を形成することができます。 反応性基は、拡散によりまたは電界の作用によりSiO 2の表面に到達し、そこでエッチングされた材料の表面と化学反応を起こし、エッチングされた材料の表面から逃げて揮発性の反応生成物を形成する。真空システムによるキャビティ。


ステップ5:ARC(反射防止コーティング)蒸着


ARC deposition


めっきされた反射防止膜の研磨されたシリコン表面の反射率は35%である。 表面反射を低減し、電池の変換効率を改善するために、窒化ケイ素反射防止膜の層を堆積させる必要がある。 今日、PECVD装置は、工業生産において反射防止フィルムを調製するためにしばしば使用されている。 PECVDはプラズマ化学気相成長法である。 これは、エネルギー源として使用される低温プラズマの技術原理であり、グロー放電試料を使用して低圧下でグロー放電試料を所定の温度まで加熱し、次いで反応ガスSiH 4およびNH 3に通過させる。一連の化学反応とプラズマを介してガス、サンプルの表面に固体膜を形成すると、窒化ケイ素薄膜です。 一般に、このプラズマ化学気相成長法によって堆積された薄膜は、約70nmの厚さである。 この厚さのフィルムは光学的に機能的である。 薄膜干渉の原理を使用して、光反射を大幅に減少させることができ、電池の短絡電流および出力を大幅に増加させることができ、効率も改善することができる。


ステップ6:コンタクト印刷


スクリーン印刷太陽電池は、リント製造、拡散およびPECVDおよび他のプロセスの後にPN接合にされてきており、それは光の下で電流を生成することができる。 発生した電流を取り出すには、電池の表面に正極と負極を作る必要があります。 電極を作る方法はたくさんあり、スクリーン印刷は太陽電池の電極を作る最も一般的な方法です。 スクリーン印刷は、基材上に所定のグラフィックを印刷するためのエンボス加工の方法を使用する。


contact printing

装置は3つの部分で構成されています:バッテリーの背面に銀ペースト印刷、バッテリーの背面にアルミニウムペースト印刷、そしてバッテリーの前面に銀ペースト印刷。 その動作原理は次のとおりです。金網のもう一方の端に向かって移動しながら、一定の圧力を加えるために金網のサイズのスクレーパーで、サイズを通してメッシュメッシュメッシュを使用します。 インクは、それが移動するにつれてグラフィックセクションのメッシュから基材へと絞り出される。 ペーストの粘度により、インプリントは一定の範囲内で固定されます。 印刷においては、スクレーパは常にスクリーン印刷版および基板と直線的に接触しており、接触線はスクレーパと共に移動して印刷過程を完了する。


ステップ7:焼結


シリコンウエハのスクリーン印刷後の急速焼結は、直接使用することはできません、焼結炉による焼結、有機樹脂接着剤燃焼、ガラスの影響によるシリコンウエハ上の銀電極に近いほぼ純粋な残り。 銀電極と結晶シリコンが共晶温度の温度で、溶融銀電極材料に一定の割合で結晶シリコン原子を形成し、オーミックコンタクト電極を形成すると、セル開放電圧が改善され、2つの重要なパラメータが満たされます。太陽電池の変換効率を向上させるために。


fired solar cell


焼結炉は、予備焼結、焼結、冷却の3段階に分けられます。 予備焼結段階の目的は、スラリー中のポリマーバインダーを分解し燃焼させることである。 焼結段階では、焼結体中で様々な物理的および化学的反応が完了して抵抗膜構造を形成し、それを真に抵抗特性を有するようにする。 この段階で、温度はピークに達します。 冷却および冷却段階において、ガラスは冷却し、硬化しそして固化し、その結果抵抗フィルム構造体は基板にしっかりと固着する。


ステップ8:テストと細胞分類


現在準備ができている太陽電池は、シミュレートされた日光条件下でテストされ、そしてそれらの効率に従って分類され分類される。 これは、セルを自動的にテストして分類する太陽電池テスト装置によって処理されます。 工場労働者は、機械がセルを分類したそれぞれの効率リポジトリからセルを引き出すだけでよい。


sorting


それから太陽電池は基本的に新しい原材料になり、それが太陽電池モジュールの組み立てに使われます。 製造工程の滑らかさおよび基本的なシリコンウェハ材料の品質に応じて、太陽電池の形での最終的な結果はさらに異なる太陽電池品質等級に分類される。


周辺機器および条件


バッテリー、電源、給水、排水、空調、真空、特殊蒸気、その他の周辺施設の製造工程における周辺機器が必要です。 安全と持続可能な開発を確実にするためには、防火設備と環境保護設備も重要です。


年間生産能力50MWの太陽電池生産ラインは、プロセスと電力設備の消費電力だけで約1800KWです。 プロセス純水の量は1時間あたり約15トンであり、水質は中国のeグレード水GB / t11446.1-1997のew-1技術基準を満たすことが要求されています。 プロセスの冷却水の消費量は1時間あたり約15トンであり、水中の粒子サイズは10ミクロンを超えてはいけません、そして給水温度は15〜20℃でなければなりません。 真空放電は約300M3 / Hです。 それはまた約20立方メートルの窒素と10立方メートルの酸素を必要とする。 シランのような特殊ガスの安全係数を考慮すると、絶対的な生産安全を確実にするために特別なガス間隔を設定することが必要です。 また、シラン燃焼塔や下水処理場もセル生産に必要な設備です。