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光結晶シリコンセルは、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

製造工程：

太陽電池の製造工程は、シリコンウェーハ検査、表面テクスチャリングおよび酸洗、拡散接合、シリコンガラスの脱リン、プラズマエッチングおよび酸洗、反射防止コーティング、スクリーン印刷、急速焼結などに分かれています。詳細は以下の通りです。

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、その品質は太陽電池の変換効率を直接決定します。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。この工程は主にシリコンウェーハの技術パラメータのオンライン測定に用いられ、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。この設備群は、自動ローディング・アンローディング部、シリコンウェーハ搬送部、システム統合部、そして4つの検出モジュールに分かれています。そのうち、太陽光発電用シリコンウェーハ検出器はシリコンウェーハ表面の凹凸を検出すると同時に、シリコンウェーハのサイズや対角線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、1つはオンラインテストモジュールで、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検査し、もう1つ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。少数キャリアのライフタイムと抵抗率の検査を行う前に、シリコンウェーハの斜めクラックや微小クラックを検出し、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・アンロード機能を備え、不合格品を固定位置に配置できるため、検査精度と効率が向上します。

2. 表面テクスチャ

単結晶シリコンテクスチャの作製は、シリコンの異方性エッチングを利用して、シリコンの1平方センチメートルの表面に数百万個の四​​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。表面での入射光の多重反射と屈折により、光吸収が増加し、バッテリー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溶液は通常、熱いアルカリ溶液です。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ほとんどは、濃度約1％の安価な水酸化ナトリウム希薄溶液を使用して製造され、エッチング温度は70〜85℃です。均一なスエードを得るために、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。スエードを作製する前に、シリコンウェーハは予備的な表面エッチングを施す必要があり、アルカリ性または酸性エッチング液を用いて約20～25μmの深さまでエッチングされます。スエードのエッチング後、一般的な化学洗浄を行います。表面処理済みのシリコンウェーハは、汚染を防ぐため、長期間水中に保管せず、できるだけ早く拡散させてください。

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、大面積のPN接合を必要とします。拡散炉は、太陽電池のPN接合を製造するための専用装置です。管状拡散炉は、主に石英ボートの上部と下部、排気ガス室、炉体部、ガスキャビネット部の4つの部分で構成されています。拡散には、一般的にオキシ塩化リンの液体原料が拡散源として用いられます。管状拡散炉の石英容器にP型シリコンウェーハを入れ、窒素を用いてオキシ塩化リンを850～900℃の高温で石英容器内に導入します。オキシ塩化リンはシリコンウェーハと反応してリン原子を生成します。一定時間後、リン原子はシリコンウェーハの表層に四方八方から侵入し、シリコン原子間の隙間を通ってシリコンウェーハ内に浸透・拡散し、N型半導体とP型半導体の界面、すなわちPN接合を形成します。この方法で製造されたPN接合は均一性に優れ、シート抵抗のばらつきは10%未満、少数キャリア寿命は10ms以上を実現できます。PN接合の形成は、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接合の形成によって電子と正孔は流れた後に元の位置に戻らず、電流が形成されます。この電流は導線に引き出され、直流となります。

4. 脱リン酸化ケイ酸塩ガラス

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。化学エッチングにより、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、可溶性の錯化合物であるヘキサフルオロケイ酸を生成して拡散システムを除去します。接合後、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、これはリンケイ酸ガラスと呼ばれます。リンケイ酸ガラスを除去するための装置は、通常、本体、洗浄槽、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、フッ化水素酸、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を溶解します。これは、フッ化水素酸が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です。フッ化水素酸が過剰になると、反応で生成された四フッ化ケイ素がフッ化水素酸とさらに反応して、可溶性の錯体であるヘキサフルオロケイ酸を形成します。

5. プラズマエッチング

拡散プロセス中、バックツーバック拡散を採用したとしても、リンはシリコンウェーハのエッジを含むすべての表面に拡散してしまうため、PN接合の前面で収集された光生成電子は、リンがPN接合の背面に拡散したエッジ領域に沿って流れ、短絡を引き起こします。そのため、太陽電池セルの周囲のドープシリコンをエッチングして、セルエッジの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にあり、反応性ガスCF4の親分子は無線周波数電力によって励起され、イオン化を発生させてプラズマを形成します。プラズマは荷電電子とイオンで構成されています。電子の影響下で、反応チャンバー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できます。活性反応基は拡散または電界の作用により SiO2 の表面に到達し、エッチングされる材料の表面と化学的に反応して揮発性の反応生成物を形成します。この反応生成物はエッチングされる材料の表面から分離され、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には、窒化シリコン反射防止膜を堆積する必要があります。工業生産では、反射防止膜を作製するためにPECVD装置がよく使用されます。PECVDはプラズマ化学気相成長法です。その技術原理は、低温プラズマをエネルギー源として使用し、試料を低圧下でグロー放電の陰極上に置き、グロー放電を使用して試料を所定の温度まで加熱し、次に適切な量の反応性ガスSiH4とNH3を導入することです。一連の化学反応とプラズマ反応の後、試料の表面に固体膜、すなわち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で堆積された膜の厚さは約70nmです。この厚さの膜は光学機能を有します。薄膜干渉の原理を利用することで、光の反射を大幅に低減し、バッテリーの短絡電流と出力を大幅に向上させ、効率も大幅に向上させます。

7. スクリーン印刷

太陽電池は、テクスチャリング、拡散、PECVDなどのプロセスを経てPN接合が形成され、光照射によって電流を発生させることができます。発生した電流を外部に取り出すには、電池の表面に正極と負極を作る必要があります。電極の作製方法は様々ですが、スクリーン印刷は太陽電池の電極を製造するための最も一般的な製造プロセスです。スクリーン印刷は、エンボス加工によって基板に所定のパターンを印刷することです。装置は、電池裏面への銀アルミニウムペースト印刷、電池裏面へのアルミニウムペースト印刷、電池前面への銀ペースト印刷の3つの部分で構成されています。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を浸透させ、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かけながら、同時にスクリーンの反対側に向かって移動させることです。移動するスキージによって、インクがグラフィック部分のメッシュから基板上に押し出されます。ペーストの粘性効果により、刻印は一定の範囲内で固定され、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、接触線がスキージの動きに合わせて移動して印刷ストロークが完了します。

8. 急速焼結

スクリーン印刷されたシリコンウェハはそのまま使用できません。焼結炉で急速に焼結し、有機樹脂バインダーを焼き尽くす必要があります。こうすることで、ガラスの作用でシリコンウェハに密着したほぼ純粋な銀電極が残ります。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融合し、上下電極のオーミック接触を形成します。これにより、セルの開放電圧と充填率が向上します。重要なパラメータは、抵抗特性を持たせることでセルの変換効率を向上させることです。

焼結炉は、予備焼結、焼結、冷却の3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・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、焼結体中で様々な物理化学反応が進行し、抵抗膜構造が形成され、真の抵抗性が得られます。この段階で温度がピークに達します。冷却段階では、ガラスが冷却・硬化・固化し、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

セル生産のプロセスでは、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です。安全と持続可能な発展を確保するために、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、プロセスおよび動力設備だけで約1800KWの電力消費量があります。プロセス純水の量は1時間あたり約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は1時間あたり約15トンで、水質の粒子サイズは10ミクロンを超えてはならず、給水温度は15〜20℃にする必要があります。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10立方メートルの酸素貯蔵タンクも必要です。シランなどの特殊ガスの安全性を考慮し、生産の安全性を万全に確保するために専用のガス室を設置する必要があります。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。