W jaki sposób wafle krzemu są stosowane w komórkach fotowoltaicznych?

Wafle krzemowe są kręgosłupem ogniw fotowoltaicznych (PV), bloków budulcowych paneli słonecznych, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną. Jako wiodący dostawca płytek krzemowych byłem świadkiem kluczowej roli, jaką wafle odgrywają w branży energii słonecznej. Na tym blogu zagłębię się w sposób, w jaki krzemowe płytki są używane w komórkach fotowoltaicznych, badając proces od surowca do w pełni funkcjonalnego panelu słonecznego.

Podstawy waflów krzemowych

Krzem jest drugim najliczniejszym elementem na Ziemi, co czyni go idealnym materiałem do produkcji komórek PV na dużą skalę. Wskaźnik krzemowy to cienki, okrągły plasterek materiału półprzewodnikowego, zwykle wykonany z wysoce czysty krzem. Te płytki są dostępne w różnych rozmiarach i grubościach, każda dostosowana do określonych zastosowań w branży PV. Na przykład8 -calowy wafel krzemowyjest popularnym wyborem ze względu na równowagę między wielkością a zarządzaniem podczas procesu produkcyjnego.

Oczyszczanie krzemu

Podróż krzemowego wafla w komórce PV zaczyna się od oczyszczenia krzemu. Surowy krzem uzyskany z kwarcytu lub piasku jest najpierw przekształcany w silikon metallurgiczny (Mg - Si), który ma czystość około 98%. Jednak ten poziom czystości nie jest wystarczający do zastosowań PV. Aby osiągnąć wymagany krzem o wysokiej czystości, Mg - Si przechodzi proces oczyszczania chemicznego, taki jak proces Siemensa lub metoda reaktora złoża fluidalnego.

W procesie Siemensa Mg - Si reaguje z chlorkiem wodoru z tworzeniem trichlorosilanu (Sihcl₃). Trichlorosilan jest następnie destylowany w celu usunięcia zanieczyszczeń i zmniejszany z wodorem w wysokich temperaturach, aby odłożyć czysty krzem na cienkie pręty. Powoduje to polikrystaliczny krzem z czystością ponad 99,9999%.

Wzrost kryształów

Po uzyskaniu krzem o wysokiej czystości należy go uformować w strukturę krystaliczną. Istnieją dwa główne typy kryształów krzemu stosowanych w komórkach PV: monokrystaliczny i polikrystaliczny.

Krzem monokrystaliczny jest uprawiany przy użyciu metody CZochralskiego (CZ). W tym procesie niewielki kryształ nasion zanurza się w tygle stopionego krzemu. Gdy kryształ nasion jest powoli wyciągany podczas obracania, atomy silikonowe przyczepiają się do nasiona, tworząc duży, pojedynczy kryształowy wlew. Krzem monokrystaliczny ma jednolitą strukturę krystaliczną, która pozwala na lepszą ruchliwość elektronów i wyższą wydajność w komórkach PV.

Krzem polikrystaliczny jest wytwarzany przez stopienie silikonu o wysokiej czystości w dużym tyglu, a następnie pozwalając mu powoli zestawiać. W przeciwieństwie do monokrystalicznego krzemu, polikrystaliczny krzem składa się z wielu małych kryształów o różnych orientacjach. Podczas gdy krzem polikrystaliczny jest na ogół mniej wydajny niż monokrystaliczny krzem, tańsze jest produkcja.

Przecinanie opłat

Po wzrostu kryształów wlewki krzemowe są krojone na cienkie wafle. Zazwyczaj odbywa się to za pomocą piły drutowej, która składa się z drutu o wysokim napięciu, który szybko przesuwa się przez wlewkę. Drut jest pokryty cząstkami ściernymi, takimi jak diament, do przecięcia twardego materiału krzemu. Grubość waflów może się różnić iCienki krzemowy wafelOpcje stają się coraz bardziej popularne, ponieważ zmniejszają zużycie materiałów i koszty.

Obróbka powierzchniowa

Po pokrojach waflowych przechodzą serię zabiegów powierzchniowych. Po pierwsze, wafle są czyszczone w celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń lub zanieczyszczeń z procesu krojenia. Następnie na powierzchnię płytek stosuje się proces teksturowania. Teksturowanie tworzy szorstką powierzchnię, która pomaga zmniejszyć odbicie światła słonecznego, umożliwiając wchłanianie większej ilości światła przez komórkę PV.

Doping

Doping jest kluczowym krokiem w produkcji komórek PV. Obejmuje wprowadzenie niewielkich zanieczyszczeń, zwanych domieszkami, do płytki krzemowej w celu stworzenia połączenia. Złącze P - N jest granicą między dwoma rodzajami materiałów półprzewodnikowych: P - Typ i typ N -.

P - Rodzaj krzemowy jest tworzony przez domieszkowanie krzemowe z elementami takimi jak bor, które mają jeden mniej walencyjny elektron niż krzem. To tworzy „dziury” w silikonowej sieci, które działają jako nosiciele ładunków pozytywnych. Krzem n - typu powstaje przez domieszkowanie elementami takimi jak fosfor, które mają jeszcze jeden elektron walencyjny niż krzem, tworząc dodatkowe elektrony jako nośniki ładunku ujemnego.

Kiedy AP - typ i krzem typu N - powstają, powstaje połączenie AP. Na połączeniu p - n elektrony z regionu typu N - rozpowszechniają się w regionie typu p - i otwory z regionu typu p - rozpowszechniane do regionu typu n -typu, tworząc zbudowany - w polu elektrycznym.

Powłoka przeciwbólowa

Aby jeszcze bardziej poprawić wchłanianie światła komórki PV, na powierzchnię wafla stosuje się powłokę anty -odblaskową (AR). Powłoka AR jest zwykle wykonana z materiałów takich jak azotek krzemu lub dwutlenek tytanu. Zmniejsza odbicie światła słonecznego na powierzchni komórki, zwiększając ilość światła, które można wchłonąć i przekształcić w energię elektryczną.

Metalizacja

Metalizacja to proces stosowania styków metali do komórki PV. Kontakty te są używane do zbierania prądu elektrycznego generowanego przez ogniwo i przeniesienia go do obwodu zewnętrznego. Przedni kontakt jest zwykle drobną siatką metalowych linii, która pozwala przechodzić światło słoneczne podczas zbierania prądu. Kontakt z tyłu obejmuje całą tylną powierzchnię płytki.

Enkapsulacja i montaż

Po wytworzeniu komórek PV są one zamknięte w celu ochrony ich przed środowiskiem. Komórki są umieszczone między przezroczystą warstwą przednią, zwykle wykonaną ze szkła hartowanego, a tylnym arkuszem, zwykle wykonanym z materiału polimerowego. Enkapsulant, taki jak octan etylenu - winylu (EVA), służy do łączenia warstw i zapewnienia izolacji elektrycznej.

Wreszcie, kapsułkowe komórki PV są składane w panele słoneczne. Wiele komórek jest połączonych szeregowo i równolegle, aby osiągnąć pożądane napięcie i wyjście prądu. Panele są następnie sformułowane z aluminiową ramą w celu wsparcia mechanicznego i ochrony.

Wyspecjalizowane wafle krzemowe w PV

Oprócz standardowych płytek krzemowych istnieją wyspecjalizowane typy, które oferują unikalne zalety.Wafel FZ Silicon, lub pływak - strefa strefowa wafla krzemowa jest wytwarzana przez przepuszczanie polikrystalicznego pręta krzemowego przez cewkę grzewczą RF. Ta metoda skutkuje wyjątkowo wysokiej krzemem o niskiej zawartości tlenu i węgla, co może prowadzić do wyższej wydajności komórek PV, szczególnie w zastosowaniach, w których wymagana jest wydajność wysokiej jakości.

Wniosek

Wafle krzemu są sercem komórek fotowoltaicznych, a ich produkcja obejmuje złożoną i precyzyjną serię kroków. Od oczyszczania do enkapsulacji każdy krok ma kluczowe znaczenie dla określania wydajności i wydajności ostatecznej komórki PV. Jako dostawca płytek krzemowych jesteśmy zaangażowani w zapewnianie wysokiej jakości płytek, które spełniają zawsze ewoluujące potrzeby branży energii słonecznej.

Jeśli jesteś na rynku waflów krzemowych do produkcji komórek fotowoltaicznych, chcielibyśmy rozmawiać z tobą. Nasz zespół ekspertów może dostarczyć szczegółowych informacji na temat naszych produktów i pomóc znaleźć najlepsze rozwiązanie dla twoich konkretnych wymagań. Skontaktuj się z nami, aby rozpocząć dyskusję na temat zamówień i przenieść swoje projekty energii słonecznej na wyższy poziom.

Odniesienia

• „Ogniwa słoneczne: materiały, produkcja i operacja” Johna Nelsona
• „Photovoltaic Systems Engineering” Ja Duffie i WA Beckman
• Materiały z IEEE Światowej Konferencji na temat konwersji energii fotowoltaicznej