太陽電池

太陽電池は結晶シリコンとアモルファスシリコンに分けられ、結晶シリコンセルはさらに単結晶セルと多結晶セルに分けられます。単結晶シリコンの効率は結晶シリコンの効率とは異なります。

分類：

中国で一般的に使用されている太陽電池結晶シリコン電池は次のように分類できます。

単結晶 125*125

単結晶 156*156

多結晶 156*156

単結晶 150*150

単結晶 103*103

多結晶 125*125

製造プロセス：

太陽電池の製造工程は、シリコンウェーハの検査 – 表面テクスチャリングと酸洗 – 拡散接合 – シリコンガラスの脱リン – プラズマエッチングと酸洗 – 反射防止膜 – スクリーン印刷 – 急速焼結などに分かれます。詳細は以下のとおりです。

1. シリコンウェーハ検査

シリコンウェーハは太陽電池のキャリアであり、シリコンウェーハの品質が太陽電池の変換効率に直接影響します。そのため、入荷したシリコンウェーハを検査する必要があります。このプロセスは主にシリコンウェーハのいくつかの技術パラメータのオンライン測定に使用されます。これらのパラメータには主にウェーハ表面の凹凸、少数キャリアの寿命、抵抗率、P/Nタイプ、マイクロクラックなどが含まれます。このグループの装置は自動ロードとアンロードに分かれています。 、シリコンウェーハ搬送、システム統合部、および 4 つの検出モジュール。その中で、光起電力シリコンウェーハ検出器は、シリコンウェーハの表面の凹凸を検出し、同時にシリコンウェーハのサイズや対角などの外観パラメータを検出します。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の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、オンライン テスト モジュールの 1 つは主にシリコン ウェーハのバルク抵抗率とシリコン ウェーハの種類をテストするために使用され、もう 1 つのモジュールはシリコン ウェーハの少数キャリア寿命を検出するために使用されます。少数キャリアの寿命や抵抗率を検出する前に、シリコンウェーハの斜めクラックやマイクロクラックを検出し、損傷したシリコンウェーハを自動的に除去する必要があります。シリコンウェーハ検査装置はウェーハの自動ロード・アンロードや不合格品の定位置設置が可能で、検査精度と検査効率が向上します。

2. 表面のテクスチャー加工

単結晶シリコンのテクスチャの準備は、シリコンの異方性エッチングを使用して、シリコンの各平方センチメートルの表面に数百万の四面体ピラミッド、つまりピラミッド構造を形成することです。入射光が表面で多重反射・屈折することにより光の吸収が増加し、電池の短絡電流と変換効率が向上します。シリコンの異方性エッチング液は、通常、熱アルカリ溶液である。使用可能なアルカリは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、エチレンジアミンです。スエードシリコンの多くは、濃度1%程度の安価な水酸化ナトリウムの希薄溶液を用いて作製され、エッチング温度は70～85℃となります。均一なスエードを得るには、シリコンの腐食を促進する錯化剤としてエタノールやイソプロパノールなどのアルコールも溶液に添加する必要があります。スエードを製造する前に、シリコンウェーハの表面を予備エッチングする必要があり、アルカリ性または酸性のエッチング液で約 20 ～ 25 μm エッチングされます。スエードをエッチングした後、一般的な化学洗浄が行われます。表面処理されたシリコンウェーハは、汚染を防ぐために水中に長時間保管せず、できるだけ早く拡散する必要があります。

3. 拡散ノット

太陽電池は光エネルギーを電気エネルギーに変換するために大面積のPN接合を必要とし、拡散炉は太陽電池のPN接合を製造するための専用設備です。管状拡散炉は主に石英ボートの上部と下部、排ガス室、炉本体部、ガスキャビネット部の4つの部分で構成されています。拡散では、一般的にオキシ塩化リン液体ソースを拡散源として使用します。管状拡散炉の石英容器にP型シリコンウェーハを入れ、窒素を用いて850～900℃の高温で石英容器内にオキシ塩化リンを導入します。オキシ塩化リンはシリコンウェーハと反応してリンを得る。原子。一定時間が経過すると、リン原子がシリコンウェーハの表層に四方八方から侵入し、シリコン原子の隙間からシリコンウェーハ内部に浸透・拡散し、N型半導体とP型半導体の界面を形成します。型半導体、つまりPN接合です。この方法で製造された PN 接合は均一性が良く、シート抵抗の不均一性は 10% 未満で、少数キャリアの寿命は 10ms を超える可能性があります。PN 接合の製造は、太陽電池製造において最も基本的かつ重要なプロセスです。PN接合の形成であるため、電子と正孔は流れた後は元の場所に戻らず、電流が形成され、その電流はワイヤで引き出されるが、これは直流電流である。

4. 脱リン酸化ケイ酸ガラス

このプロセスは太陽電池の製造プロセスで使用されます。化学エッチングでは、シリコンウェーハをフッ化水素酸溶液に浸漬して化学反応を起こし、可溶性複合化合物ヘキサフルオロケイ酸を生成して拡散系を除去します。接合後のシリコンウェーハの表面にリンケイ酸ガラスの層が形成されます。拡散プロセス中に、POCL3 は O2 と反応して P2O5 を形成し、シリコン ウェーハの表面に堆積します。P2O5はSiと反応してSiO2とリン原子を生成します。このようにして、リン元素を含むSiO2の層がシリコンウェーハの表面に形成され、これはリンシリケートガラスと呼ばれます。リンケイ酸ガラス除去装置は一般に、本体、洗浄タンク、サーボ駆動システム、機械アーム、電気制御システム、自動酸分配システムで構成されています。主な動力源はフッ酸、窒素、圧縮空気、純水、排熱風、廃水です。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生成するため、フッ化水素酸はシリカを溶解します。フッ化水素酸が過剰であると、反応により生成した四フッ化ケイ素がフッ化水素酸とさらに反応して、可溶性錯体であるヘキサフルオロケイ酸を形成する。

5. プラズマエッチング

拡散工程では、たとえ連続拡散を採用したとしても、必然的にシリコンウェーハのエッジを含む全面にリンが拡散することになる。PN 接合の前面で収集された光生成電子は、リンが PN 接合の背面に拡散するエッジ領域に沿って流れ、短絡を引き起こします。したがって、太陽電池の周囲のドープされたシリコンをエッチングして、セル端の PN 接合を除去する必要があります。このプロセスは通常、プラズマ エッチング技術を使用して行われます。プラズマエッチングは低圧状態で行われ、反応性ガス CF4 の親分子が高周波電力によって励起されてイオン化が発生し、プラズマが形成されます。プラズマは荷電した電子とイオンで構成されています。電子の影響下で、反応室内のガスはエネルギーを吸収し、イオンに変換されるだけでなく、多数の活性基を形成することがあります。活性な反応性基は、拡散または電場の作用により SiO2 の表面に到達し、そこでエッチングされる材料の表面と化学反応し、揮発性の反応生成物を形成してエッチングされる材料の表面から分離します。エッチングされ、真空システムによってキャビティから排出されます。

6. 反射防止コーティング

研磨されたシリコン表面の反射率は 35% です。表面反射を低減し、セルの変換効率を向上させるためには、窒化シリコンの反射防止膜を堆積する必要があります。工業生産では、反射防止膜の製造に PECVD 装置がよく使用されます。PECVD はプラズマ化学蒸着です。その技術原理は、エネルギー源として低温プラズマを使用し、低圧下でサンプルをグロー放電の陰極に置き、グロー放電を利用してサンプルを所定の温度まで加熱し、その後適切な量のプラズマを供給することです。反応性ガス SiH4 と NH3 が導入されます。一連の化学反応とプラズマ反応の後、試料の表面には固体膜、つまり窒化シリコン膜が形成されます。一般に、このプラズマ化学気相成長法により堆積される膜の厚さは約７０ｎｍである。この厚さのフィルムは光学機能を備えています。薄膜干渉の原理を利用して、光の反射を大幅に低減することができ、電池の短絡電流と出力が大幅に増加し、効率も大幅に向上します。

7.スクリーン印刷

太陽電池がテクスチャリング、拡散、PECVD のプロセスを経た後、PN 接合が形成され、照明下で電流を生成できます。発生した電流を外部に取り出すためには、電池の表面にプラスとマイナスの電極を作る必要があります。電極を作成するには多くの方法がありますが、スクリーン印刷は太陽電池電極を作成するための最も一般的な製造プロセスです。スクリーン印刷とは、エンボス加工により基板上に所定のパターンを印刷することです。この装置は、バッテリー背面の銀アルミニウムペースト印刷、バッテリー背面のアルミペースト印刷、バッテリー前面の銀ペースト印刷の 3 つの部分で構成されます。その動作原理は、スクリーンパターンのメッシュを使用してスラリーに浸透し、スクレーパーでスクリーンのスラリー部分に一定の圧力を加え、同時にスクリーンの反対側の端に向かって移動します。インクは、スキージの移動によってグラフィック部分のメッシュから基板上に絞り出されます。ペーストの粘性効果により、印影は一定の範囲に固定され、印刷中はスキージがスクリーン印刷版と基板に常に線接触し、スキージの動きに合わせて接触線が移動して印刷が完了します。印刷ストローク。

8.急速焼結

スクリーン印刷されたシリコンウェハーをそのまま使用することはできません。有機樹脂バインダーを焼き切るために焼結炉で素早く焼結する必要があり、ガラスの作用によりシリコンウェハに密着したほぼ純銀の電極が残ります。銀電極と結晶シリコンの温度が共晶温度に達すると、結晶シリコン原子が一定の割合で溶融銀電極材料に組み込まれ、上部電極と下部電極のオーミック接触が形成され、開回路が改善されます。セルの電圧と充填率。重要なパラメータは、セルの変換効率を向上させるための抵抗特性を持たせることです。

焼結炉は、仮焼結、焼結、冷却の 3 つの段階に分かれています。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て燃焼させることであり、この段階では温度がゆっくりと上昇します。焼結段階では、焼結体内でさまざまな物理的・化学的反応が完了し、抵抗膜構造が形成され、真の抵抗体となります。、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では、ガラスが冷却、硬化、固化するため、抵抗膜構造が基板にしっかりと接着されます。

9. 周辺機器

セル生産の過程では、電源、動力、給水、排水、空調、真空、特殊蒸気などの周辺設備も必要となります。安全性と持続可能な開発を確保するには、防火および環境保護設備も特に重要です。年間出力50MWの太陽電池生産ラインの場合、プロセスおよび電源設備だけでの消費電力は約1800KWとなる。プロセス純水の量は毎時約 15 トンで、水質要件は中国の電子級水 GB/T11446.1-1997 の EW-1 技術基準を満たしています。プロセス冷却水の量も毎時約 15 トン、水質の粒子サイズは 10 ミクロン以下、給水温度は 15 ～ 20 °C でなければなりません。真空排気量は約300M3/Hです。同時に約20立方メートルの窒素貯蔵タンクと約10立方メートルの酸素貯蔵タンクも必要となる。シランなどの特殊ガスの安全性を考慮し、生産の安全を絶対に確保するためには特殊ガス室の設置も必要です。さらに、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。