Ffynhonnell: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
Gan Mehul C. Raval a Sukumar Madugula Reddy
Cyflwynwyd: Hydref 4ydd 2018 Adolygwyd: Ionawr 29ain 2019 Cyhoeddwyd: Mai 15fed 2019
DOI: 10.5772 / intechopen.84817
Haniaethol
Bydd y bennod yn cyflwyno technolegau gweithgynhyrchu celloedd solar silicon diwydiannol gyda'i statws cyfredol. Bydd strwythurau celloedd solar math-p masnachol ac effeithlonrwydd uchel n-math yn cael eu trafod a'u cymharu fel y gall y darllenydd gael y blaen mewn celloedd solar diwydiannol. Cyflwynir trosolwg byr o amrywiol gamau proses o weadu i fetaleiddio wedi'i argraffu ar sgrin. Adolygwyd prosesau gweadu ar gyfer wafferi silicon mono-grisialog ac aml-grisialog gyda'r prosesau diweddaraf. Cyflwynwyd gor-olwg o brosesau thermol trylediad a dyddodiad cotio gwrth-adlewyrchol. Cyflwynir y broses argraffu sgrin sydd wedi'i hen sefydlu ar gyfer metaleiddio celloedd solar gyda'r cam tanio cyflym ar gyfer sintro'r cysylltiadau. Cyflwynir profion IV o gelloedd solar gyda pharamedrau amrywiol ar gyfer nodweddu celloedd solar. Trafodir y datblygiadau diweddaraf mewn amrywiol brosesau a gweithgynhyrchu offer ynghyd â'r tueddiadau disgwyliedig yn y dyfodol.
Geiriau allweddol
silicon
celloedd solar
gweithgynhyrchu
aml-grisialog
mono-grisialog
gweadu
1. Cyflwyniad
Mae ffotofoltäig yn ffynhonnell ynni adnewyddadwy bwysig sydd wedi tyfu'n gyflym o 8GW yn 2007 i 400GW yn 2017 [1]. Ynghyd â'r galw cynyddol, mae costio'r system PV hefyd wedi gostwng yn sylweddol o 35.7 $ / Wpin 1980 i 0.34 $ / Wpin 2017 gan gyflymu ei fabwysiadu [2]. Mae Silicon (Si) sy'n ddeunydd pwysig yn y diwydiant microelectroneg hefyd wedi bod yn ddeunydd swmp a ddefnyddir yn helaeth o gelloedd solar ers y 1950au gyda chyfran o'r farchnad o> 90% [2]. Bydd y bennod yn cyflwyno'r camau nodweddiadol ar gyfer cynhyrchu celloedd solar silicon masnachol. Cyflwynir hanes cryno o gelloedd solar a gor-olwg o'r math o swbstradau silicon ynghyd â'r wahanol bensaernïaeth celloedd solar yn Adrannau 2 a 3. Yn dilyn hynny, disgrifir y camau cemeg wlyb a thymheredd uchel a wneir wrth saernïo yn Adrannau 4 a 5. Bydd Adran 6 yn trafod y broses fetaleiddio ynghyd â pharamedrau nodweddu nodweddiadol ar gyfer celloedd solar masnachol. Yn olaf, trafodir map ffordd yn y dyfodol a'r tueddiadau disgwyliedig yn yr adran olaf.
2. Esblygiad celloedd solar
Yn llythrennol, mae'r 'effaith ffotofoltäig' yn golygu cynhyrchu foltedd wrth ddod i gysylltiad â golau. Gwelwyd y ffenomen gyntaf gan y ffisegydd Ffrengig Edmund Becquerel ar gell electrocemegol ym 1839, tra cafodd ei arsylwi gan wyddonwyr Prydain WGAdams a REDay ar ddyfais cyflwr solid a wnaed o seleniwm ym 1876 [3]. O'r 1950au ymlaen, bu cynnydd cyflym ym mherfformiad celloedd solar masnachol o< 1%="" i=""> 23% [2] a silicon yw 'ceffyl gwaith' y diwydiant ffotofoltäig ers hynny yna. Dangosir esblygiad celloedd solar silicon yn Ffigur 1.
Ffigur 1. Datrys celloedd solar silicon. (a) 1941: Adroddwyd am gell solar gyda chyffordd tyfu i mewn, (b) 1954: Cyffordd pn celloedd solar wedi'i ffurfio â thrylediad dopant, (c) 1970: Cell fioled gyda chae wyneb cefn Alwminiwm, (ch) 1974: Cell ddu gyda arwyneb â gwead cemegol [3].
Roedd y celloedd solar silicon cyntaf a ddangoswyd gan Russell Ohl o Bell Laboratories yn ystod 1940au yn seiliedig ar gyffyrdd naturiol a ffurfiwyd o wahanu amhuredd yn ystod y broses ailrystallization [3]. Roedd gan y celloedd effeithlonrwydd o< 1%="" oherwydd="" diffyg="" rheolaeth="" dros="" leoliad="" y="" gyffordd="" ac="" ansawdd="" y="" deunydd="" silicon.="" ers="" hynny="" mae'r="" enwad="" ar="" gyfer="" enwi'r="" rhanbarthau="" (math="" p:="" ochr="" sy'n="" oleuo="" ac="" yn="" fath-n:="" ochr="" arall)="" a="" roddir="" gan="" ohl="" yn="" cael="" eu="" defnyddio="" ar="" gyfer="" y="" confensiynau="" enwi="" celloedd="">
Yn ystod y 1950au, bu datblygiad cyflym yn y broses trylediad tymheredd uchel ar gyfer dopants mewn silicon. Dangosodd Person, Fuller a Chaplin of Bell Laboratories gell solar effeithlon 4.5% gyda dopio ar sail lithiwm, a wellodd i 6% gyda thrylediad boron. Roedd gan y gell solar strwythur 'lapio' o gwmpas (Ffigur 1 (b)) gyda'r ddau gyswllt ar yr ochr gefn er mwyn osgoi cysgodi colledion, ond arweiniodd at golledion gwrthiannol uwch oherwydd y strwythur cofleidiol. Erbyn 1960, esblygodd strwythur y celloedd fel y dangosir ynFfigur 1 (c). Gan fod y cais ar gyfer archwilio'r gofod, defnyddiwyd swbstrad gwrthsefyll uchel o 10Ω cm i gael y gwrthiant ymbelydredd mwyaf. Defnyddiwyd cysylltiadau anweddu gwactod ar y ddwy ochr, tra bod gorchudd silicon monocsid yn cael ei ddefnyddio fel gorchudd gwrth-adlewyrchol (ARC) ar yr ochr flaen (FS) [3].
Yn gynnar yn y 1970au darganfuwyd bod alwminiwm sintered ar yr ochr gefn wedi gwella perfformiad y gell trwy ffurfio rhyngwyneb dop trwm o'r enw 'cae wyneb cefn (Al-BSF)' a newid yr amhureddau [3]. Mae'r Al-BSF yn lleihau ailgyfuno'r cludwyr ar yr ochr gefn ac felly'n gwella'r foltedd a'r ymateb sbectrwm tonfedd hir. Fe wnaeth gweithredu bysedd mwy manwl a gofod agos leihau'r gofyniad ar ddopio'r gyffordd a dileu'r haen farw. ARC o ditaniwm deuocsid (TiOx) ei ddefnyddio a dewiswyd ei drwch i leihau'r adlewyrchiad ar gyfer tonfeddi byrrach a rhoi ymddangosiad fioled i'r celloedd solar. Gwnaed gwelliant pellach trwy weadu'r wafferi gan ddefnyddio ysgythriad anisotropig o (100) wafferi i ddatgelu'r arwynebau (111). Arweiniodd y gwead at drapio golau gwell a rhoddodd ymddangosiad melfed tywyll i'r celloedd. Dangosir y bensaernïaeth celloedd gwell ynFfigur 1 (ch). Ym 1976, dangosodd Rittner ac Arndt gelloedd solar daearol gydag effeithlonrwydd yn agosáu at 17% [3].
Cyflawnodd y gell solar allyrrydd goddefol (PESC) garreg filltir o effeithlonrwydd o 20% ym 1984-1986. Dim ond 0.3% oedd yr ardal gyswllt metel / silicon mewn celloedd PESC, tra bod ARC haen ddwbl o ZnS / MgF2ei ddefnyddio yn y ddau strwythur celloedd. Ym 1994, dangoswyd cell allyrrydd goddefol yn y cefn wedi'i wasgaru'n lleol (PERL) gydag effeithlonrwydd o 24% [3]. O'i gymharu â'r gell PESC, roedd gan y gell PERL byramidiau gwrthdro ar FS ar gyfer trapio golau gwell a phasio ar sail ocsid ar y ddwy ochr. Fe wnaeth haen pasio ocsid ar yr ochr gefn hefyd wella adlewyrchiad mewnol y donfedd hir ac felly ymateb y sbectrwm.
Yn ogystal â'r pensaernïaeth celloedd solar sy'n esblygu, bu datblygiad parhaus hefyd yn y maes gweithgynhyrchu o ran cynnydd trwybwn, gwell camau proses a llai o gostau. Rhoddir trosolwg byr o weithgynhyrchu swbstradau Si a gwahanol fathau o gelloedd solar yn yr adran nesaf.
3. Technolegau celloedd solar silicon masnachol
Si yw'r ail ddeunydd mwyaf niferus ar y ddaear ar ôl ocsigen ac fe'i defnyddiwyd yn helaeth yn y diwydiant lled-ddargludyddion. Mae silicon gradd metelegol (Mg-Si) o burdeb 98% yn cael ei sicrhau trwy wresogi cwarts (SiO2) gyda charbon ar dymheredd uchel o 1,500-2,000 [4]. Mae Mg-Si yn cael ei buro ymhellach i gael talpiau silicon gradd solar o burdeb 99.99%. Yna caiff y talpiau Si gradd solar mireinio eu prosesu ymhellach i gael ffurfiau mono-grisialog ac aml-grisialog o ingotau Si, sy'n fàs mawr o silicon. Mewn Si mono-grisialog, trefnir yr atomau yn yr un cyfeiriadedd grisial trwy'r deunydd. Ar gyfer celloedd solar, mae'n well gan gyfeiriadedd (100) oherwydd gellir ei weadu'n hawdd i leihau adlewyrchiad yr wyneb [5]. Mae gan Si aml-grisialog, fel yr awgryma'r enw, rawn lluosog o ddeunydd Si gyda chyfeiriadau gwahanol, yn wahanol i'r swbstradau mono-grisialog. Mae gan ddeunydd mono-grisialog oes cludwr lleiafrifol uwch o'i gymharu â Si aml-grisialog ac felly effeithlonrwydd celloedd solar uwch ar gyfer technoleg celloedd solar penodol.
Dangosir dull Czochralski (Cz) ar gyfer gwneud ingotau Si mono-grisialog yn Ffigur 2 (a). Mae silicon tawdd purdeb uchel gyda dopant yn cael ei gynnal uwchben y pwynt toddi ac yna mae crisial hadau yn cael ei dynnu ar gyfradd araf iawn i gael ingot mor fawr â 300mm mewn diamedr a 2 m o hyd [6]. Gellir dopio'r silicon tawdd gyda naill ai dopants math p neu n-math i gael y math penodol o ingot Si mono-grisialog o hyd at 200kg [2]. Mae gan wafferi sydd wedi'u llifio o'r ingotau ymylon crwn ac felly gelwir y siâp yn 'sgwâr psuedo'. Gwneir ingotau silicon aml-grisialog trwy doddi Si purdeb uchel a'u crisialu mewn crucible mawr trwy broses solidiad cyfeiriadol [7] fel y dangosir yn Ffigur 2 (b). Nid oes gan y broses gyfeiriadedd grisial cyfeirio fel y broses Cz ac felly mae'n ffurfio deunydd silicon o wahanol gyfeiriadau. Ar hyn o bryd mae'r ingotau Si aml-grisialog yn pwyso> 800kg [2] sydd wedyn yn cael eu torri'n frics ac mae wafferi yn cael eu llifio ymhellach.
Maint cyfredol wafferi mono-grisialog ac aml-grisialog ar gyfer saernïo celloedd solar yw 6 modfedd × 6 modfedd. Bydd arwynebedd y wafferi mono-grisialog ychydig yn llai oherwydd y siâp ffug-sgwâr. Y deunydd sylfaen a ddefnyddir fwyaf eang ar gyfer gwneud celloedd solar yw swbstradau Si math p boron. Mae swbstradau Si N-math hefyd yn cael eu defnyddio ar gyfer gwneud celloedd solar effeithlonrwydd uchel, ond mae ganddyn nhw heriau technegol ychwanegol fel cael dopio unffurf ar hyd yr ingot o'i gymharu â swbstradau math p.
Ffigur 2. Dadansoddiad o (a) broses Cz ar gyfer ingotau mono-grisialog a (b) proses solidiad cyfeiriadol ar gyfer ingotau aml-grisialog.
Dangosir dosbarthiad eang o wahanol fathau o gelloedd solar ynghyd ag ystodau effeithlonrwydd yn Ffigur 3. Mae'r dechnoleg maes wyneb cefn alwminiwm safonol (Al-BSF) yn un o'r dechnoleg celloedd solar mwyaf cyffredin o ystyried ei broses weithgynhyrchu gymharol syml. Mae'n seiliedig ar ddyddodiad Al ochr gefn llawn (RS) trwy broses argraffu sgrin a ffurfio ap + BSF sy'n helpu i wrthyrru'r electronau o ochr gefn swbstrad math p a gwella perfformiad celloedd. Dangosir y llif gweithgynhyrchu ar gyfer celloedd solar Al-BSF yn Ffigur 4. Mae dyluniad safonol celloedd solar masnachol gyda FS patrwm grid a chysylltiadau RS ardal lawn.
Ffigur 3. Dosbarthiad ffordd o wahanol fathau o gell solar.
Ffigur 4. Llif gweithgynhyrchu celloedd solar Al-BSF.
Mae'r gell solar cyswllt cefn allyrrydd goddefol (PERC) yn gwella ar bensaernïaeth Al-BSF trwy ychwanegu haen pasio ochr gefn i wella pasio ochr gefn ac adlewyrchiad mewnol. Mae alwminiwm-ocsid yn ddeunydd addas ar gyfer pasio RS gydag effeithlonrwydd celloedd solar ar gyfartaledd bron i 21% a gafwyd wrth gynhyrchu [8]. Gellir uwchraddio llinell gell solar Al-BSF bresennol i broses PERC trwy ddau offeryn ychwanegol (dyddodiad haen pasio RS a laser ar gyfer cyswllt lleol sy'n agor ar yr RS).
Mae'r tair pensaernïaeth celloedd sy'n weddill yn dechnolegau effeithlonrwydd uwch yn bennaf yn seiliedig ar swbstradau Si n-math. Mae gan y gell solar heterojunction a-Si haenau a-Si ar FS ac RS swbstrad Si-n i ffurfio 'heterojunctions' yn wahanol i'r gyffordd pn confensiynol sy'n seiliedig ar ymlediad tymheredd uchel. Mae technoleg o'r fath yn caniatáu prosesu ar dymheredd is, ond mae'n sensitif iawn i ansawdd y rhyngwynebau arwyneb. cynhyrchwyd cell solar heterojunction wedi'i seilio ar Si-Si yn fasnachol gan Sanyo Electric, sydd bellach yn cael ei chymryd drosodd gan Panasonic [9]. Yn nyluniad celloedd solar cyswllt cefn rhyng-ddigidol (IBC), mae'r ddau gyswllt yn bresennol ar yr ochr gefn gan ddileu'r colledion cysgodi cyswllt FS. Yn nodweddiadol ar gyfer celloedd solar IBC, bydd y gyffordd hefyd ar yr ochr gefn. Un o wneuthurwyr cynnar y gell solar IBC math-effeithlonrwydd uchel yw SunPower Corporation [10]. Gall celloedd bifacial, fel mae'r enw'n awgrymu, ddal golau o ddwy ochr y celloedd solar. Mae hyn yn golygu bod gan yr ochr gefn gysylltiadau patrwm grid i alluogi casglu golau. Enghraifft o'r dechnoleg bifacial yw'r gell solar BiSON a ddatblygwyd ac a fasnacheiddiwyd gan ISC, Konstanz [11]. Dylid nodi nad yw'r dosbarthiad a nodwyd yn rhestr gynhwysfawr o wahanol fathau eraill o bensaernïaeth celloedd solar sydd yng nghyfnod R& D, yn agos at fasnacheiddio neu sydd eisoes yn cael eu cynhyrchu. Bydd yr adrannau dilynol yn rhoi trosolwg o'r camau proses ar gyfer gweithgynhyrchu celloedd solar Al-BSF.
4. Prosesau cemeg gwlyb ar gyfer saernïo celloedd solar
Mae triniaeth wlyb ar sail cemeg yn gam pwysig mewn prosesu celloedd solar ar gyfer tynnu difrod llif (SDR) ar gyfer y wafferi sydd wedi'u torri, gan weadu'r wyneb i gynyddu amsugno ymbelydredd solar sy'n dod i mewn ac ynysu ymyl ar ôl y broses ymlediad. Fel y trafodwyd yn yr adran flaenorol, defnyddir wafferi silicon mono-grisialog ac aml-grisialog yn bennaf ar gyfer saernïo celloedd solar. Bydd y prosesu gwlyb-seiliedig ar gemeg ar gyfer y gwahanol fathau o wafferi yn cael ei drafod ymlaen llaw.
4.1 Gweadu wafferi silicon mono-grisialog
Fel y nodwyd yn Adran 2, cychwynnodd datblygiad celloedd solar yn bennaf gyda wafferi mono-grisialog ac felly defnyddiwyd dulliau sefydledig o barth microelectroneg. Defnyddir ysgythriad anisotropig alcalïaidd yn seiliedig ar KOH / NaOH ar gyfer gweadu pyramidaidd wafferi mono-grisialog. Mae gan wafer mono-grisialog wedi'i dorri adlewyrchiad cyfartalog wedi'i bwysoli o> 30% (dros donfedd o 300-1,200nm) sy'n lleihau i 11-12% ar ôl y broses weadu. Dangosir morffoleg nodweddiadol arwyneb gwead alcalïaidd yn Ffigur 5. Mae'r toddiant ysgythru anisotropig yn ysgythru arwyneb (100) y wafferi i ddatgelu'r wynebau (111) sydd â dwysedd uwch o atomau silicon ac felly cyfradd ysgythru arafach o'i chymharu â'r ( 100) wynebau. Mae hyn yn arwain at ffurfio strwythurau pyramid ar hap sy'n ffurfio ongl o 54.7 ° mewn perthynas ag arwyneb y wafer.
Ffigur 5. Morffoleg arwyneb nodweddiadol o wafer mono-grisialog gwead alcalïaidd.
Dangosir paramedrau nodweddiadol ar gyfer y broses weadu alcalïaidd yn Nhabl 1. Dylid nodi bod gwerthoedd paramedrau amrywiol yn ddangosol ac nad ydynt i'w cymryd mor absoliwt gan fod amrywiaeth o wneuthurwyr ychwanegion yn y farchnad. Defnyddiwyd alcohol isopropyl (IPA) i ddechrau fel ychwanegyn yn yr hydoddiant gweadu, nad yw'n rhan o'r adwaith ysgythru, ond mae'n gweithredu fel asiant gwlychu i wella homogenedd y broses weadu trwy atal y H2bubbles (a gynhyrchir yn ystod yr adwaith) rhag glynu. yr arwyneb silicon [12]. Fodd bynnag, erbyn 2010, disodlwyd IPA yn raddol gydag ychwanegion amgen oherwydd anfanteision fel crynodiad ansefydlog gan fod tymheredd y baddon yn agos at ferwbwynt IPA (82.4 ° C), costau uchel, defnydd uchel, peryglon iechyd a ffrwydroldeb [12]. Mae llawer o grwpiau wedi cyhoeddi gwaith datblygu i ddisodli IPA gydag ychwanegion bob yn ail i oresgyn anfanteision IPA, cynyddu ffenestr y broses a lleihau adlewyrchiad yr wyneb [12,13,14,15,16]. Mae ychwanegion hefyd yn lleihau'r amser prosesu i< 10="" munud="" ac="" yn="" cynyddu="" oes="" y="" baddon="" i=""> 100 rhediad.
Proses
KOH / IPA
KOH / ychwanegyn
KOH (%) | 3 | & lt; 3 |
IPA (%) | 6 | — |
Ychwanegyn (%) | — | & lt; 2 |
Tymheredd y broses [° C] | & gt; 80 | 70–100 |
Maint pyramid [μm] | 5–12 | 2–7 |
Amser prosesu [mun] | 30–40 | 5–10 |
Cynnwys organig [wt%] | 4–10 | & lt; 1.0 |
Pwynt berwi [° C] | 83 | & gt; 100 |
Oesoedd bath | & lt; 15 | & gt; 100 |
Tabl 1. Paramedrau prosesu ar gyfer gweadu alcalïaidd wedi'i seilio ar IPA ac ychwanegion o wafferi mono-grisialog.
Yn nodweddiadol, mae proses weadu'r wafferi mono-grisialog yn cael ei pherfformio mewn 'swp' sy'n awgrymu bod y wafferi yn cael eu llwytho mewn cludwr gyda slotiau i ddal y wafferi (100 slot mewn cludwr) ac yna mae'r swp yn cael ei brosesu'n ddilyniannol mewn baddonau ar gyfer gweadu, glanhau, trin camau i gael gwared ar y gweddillion organig a halogiad metel a sychu'r wafferi wedi'u prosesu. Yn nodweddiadol mae'r cludwyr wedi'u gorchuddio â PVDF sydd ag ymwrthedd da iawn i amrywiol gemegau, sgrafelliad ac ôl traul mecanyddol. Dangosir cludwr nodweddiadol ar gyfer trin wafferi mono-grisialog yn Ffigur 6. Mae gan yr offeryn gweadu swp faddonau pwrpasol ar gyfer pob cam gyda thanciau dosio ar gyfer cemegolion a ddefnyddir yn y baddon. Mae'r offeryn yn prosesu llawer o gludwyr ar yr un pryd a gall gyrraedd trwybwn o> 6,000 wafferi / h gyda phrosesu pedwar cludwr ar yr un pryd.
Ffigur 6.Carriers ar gyfer llwytho wafferi yn yr offeryn swp. Ffynhonnell: Datrysiadau RhCT GmbH.
4.2 Gweadu wafferi silicon aml-grisialog
Mae wafferi aml-grisialog yn cynnig mantais gost o gymharu â'r wafferi mono-grisialog ac felly maent wedi'u mabwysiadu'n ehangach. Fodd bynnag, nid yw'r cemeg alcalïaidd a ddefnyddir ar gyfer gweadu wafferi mono-grisialog yn gweithio'n dda ar gyfer wafferi aml-grisialog oherwydd presenoldeb gwahanol gyfeiriadau grawn. Datblygodd cemeg asidig amgen yn seiliedig ar HF a HNO3was i gael gwared ar y difrod llif a gwead y wafferi aml-grisialog ar yr un pryd [17,18]. Mae'r gwead asidig sy'n seiliedig ar doddiant yn gweithredu ar dymheredd is na thymheredd yr ystafell ac felly mae'n arwain at lai o allyriadau nwy adweithio, ychydig o gynhyrchu gwres, sefydlogrwydd uwch yr hydoddiant ysgythru a gwell rheolaeth ar y gyfradd ysgythru [18]. Dangosir cymhariaeth o weadu alcalïaidd a phroses gwead asidig ar gyfer wafferi aml-grisialog yn Ffigur 7.
Ffigur 7. Cymhariaeth o wead alcalïaidd ac asidig ar gyfer wafferi aml-grisialog. Mae cromliniau adlewyrchiad ar ôl dyddodi SiNx: H hefyd yn cael eu dangos i'w cymharu [17].
Gellir gwneud y broses weadu asidig o afrlladen aml-grisialog mewn amser sydd wedi'i leihau'n sylweddol o'i chymharu â'r broses weadu alcalïaidd ac felly gellir ei gweithredu mewn cyfluniad 'mewnol' lle mae'r wafferi'n cael eu pasio trwy rholeri sydd wedi'u trochi yn y baddon ysgythru. Dangosir delwedd gynrychioliadol o broses fewnlin ynghyd â'r broses weadu asidig nodweddiadol yn Ffigur 8. Ar gyfer cyfluniad pum lôn, gall yr offeryn mewn-lein fod â thrwybwn o hyd at 4,000wafers / h. Mae'n bwysig nodi bod wyneb y wafer sy'n wynebu i lawr yn y toddiant ysgythru wedi'i weadu'n well na'r ochr uchaf ac mai dyma'r 'ochr heulog' ar gyfer prosesu pellach. Mae'r broses weadu asidig yn arwain at ffurfio silicon hydraidd ar yr wyneb gweadog sy'n amsugno golau a hefyd yn cynyddu'r ailgyfuniad wyneb [18]. Felly mae'r silicon hydraidd yn cael ei dynnu gan ddefnyddio toddiant alcalïaidd gwanedig. Yn dilyn hynny, perfformir glân asidig (HF + HCl) i gael gwared ar ocsidau a halogiad metel o arwynebau'r wafer.
Ffigur 8. (a) Proses fewnlin gynrychioliadol gyda phum lôn a (b) llif proses gwead asidig ar gyfer wafferi aml-grisialog.
Mae'n bwysig nodi bod y broses weadu asidig a drafodir uchod yn addas ar gyfer y wafferi aml-grisialog wedi'u llifio â gwifren slyri (SWS). Yn ystod yr ychydig flynyddoedd diwethaf, mae proses llifio gwifren diemwnt (DWS) wedi disodli'r torri ar sail gwifren slyri oherwydd manteision proses ac economaidd [19]. Mae difrod llif y wafferi aml-grisialog SWS yn fwy na wafferi DWS, sydd â rhigolau syth dwfn ac arwyneb llawer mwy esmwythach na'r wafferi llifio gwifren slyri [19]. Mae'r difrod llif ar gyfer wafferi SWS yn chwarae rhan bwysig ar gyfer cychwyn y broses weadu, nad yw'n digwydd ar gyfer wafferi DWS.
Cynigiwyd amrywiol ddulliau i weadu wafferi aml-grisialog DWS ac fe'u crynhoir ynTable 2 [20]. Trwy diwnio'r gwahanol ddulliau, gellir cael adlewyrchiad o bron i 0% ac felly defnyddiwyd y term 'silicon du' ar gyfer proses weadu wafferi aml-grisialog DWS. RIE oedd y dull cyntaf ar gyfer gwneud silicon du ac mae'n defnyddio hecsaflourid sylffwr (SF6) i adweithio â Si a nwyon fel Cl2and O2for i basio a chyfyngu ar yr adwaith [20]. Yn ddiweddar, dangoswyd celloedd solar aml PERC masnachol gydag effeithlonrwydd cyfartalog o 21.3% gyda'r broses weadu ar sail RIE [21]. Fodd bynnag, gan fod RIE yn broses wedi'i seilio ar wactod mae'r trwybwn yn isel o'i gymharu â phroses fewnlin nodweddiadol a hefyd mae angen cyn-brosesu ac ôl-brosesu ychwanegol i gael gwared ar y difrod a'r difrod llif oherwydd bomio ïon, yn y drefn honno. Mae amrywiad o'r dull RIE nad oes angen gwactod na phlasma arno wedi'i weithredu mewn teclyn masnachol [22].
Dull
Adweithyddion
Mwgwd
Catalydd
Isafswm adlewyrchiad (%)
Ysgythriad ïon adweithiol (RIE) | SF6/O2, SF6/ Cl2/O2, SF6/O2/ CH4 | Dim | Dim | 4.0 |
Mewnblannu ïon trochi plasma (PIII) | SF6/O2 | Dim | Dim | 1.8 |
Arbelydru laser | CCl4, C2Cl3F3, SF6, Cl2, N2, aer | Dim | Dim | 2.5 |
Ysgythriad plasma | SF6 | Gronynnau ag nano | Dim | 4.2 |
Ysgythriad cemegol â chymorth metel (MACE) | AgNO3/ HF / HNO3 | Dim | Ag, Au | 0.3 |
Ysgythriad electrocemegol | HF, EtOH, H.2O | Dim | Dim | & lt; 5.0 |
Tabl 2. Dulliau amrywiol ar gyfer gweadu wafferi aml-grisialog wedi'u llifio â gwifren diemwnt [20].
Un o'r dulliau ar gyfer gweadu wafferi aml-grisialog DWS yw uwchraddio'r cemeg asidig sy'n seiliedig ar weadu gydag ychwanegion [23,24,25]. Gall dull o'r fath fod â CoO is o gymharu â'r dull sy'n seiliedig ar MACE [23]. Dangoswyd bod adlewyrchiad o ddull o'r fath sy'n seiliedig ar ychwanegion yn debyg i'r datrysiad isotexturing confensiynol gydag effeithlonrwydd celloedd solar o 18.7% ar gyfer y strwythur sy'n seiliedig ar Al-BSF [24].
Mae gweadu wedi'i seilio ar MACE yn debyg i'r dull ysgythru asidig confensiynol gyda cham ychwanegol o ddyddodiad metel catalytig. Mae llif y broses yn cynnwys SDR, dyddodiad metel catalydd, ysgythriad cemegol ac ôl-driniaeth. Cafwyd effeithlonrwydd o 19.2% ar gyfer celloedd aml-Al-BSF masnachol gan ddefnyddio proses weadu MACE math batsh [26]. Dangoswyd offeryn masnachol math llinell-seiliedig ar MACE gyda'r posibilrwydd i diwnio'r adlewyrchiad yn yr ystod o 12-23% a sicrhau effeithlonrwydd cyfartalog ar gyfer strwythur Al-BSF a PERC o 18.8 a 20.2%, yn y drefn honno [27]. Dangosir delweddau cynrychioliadol o arwyneb gweadog yn seiliedig ar broses MACE yn Ffigur 9. Gall cost perchnogaeth (CoO) y broses MACE fewnol fod yn is o bosibl o'i chymharu â'r broses MACE ar sail swp gyda lle i'w lleihau ymhellach trwy ailgylchu Ag o'r baddon gweadu. [27].
Ffigur 9. Aml-wafferi DWS gweadog, (a) arwyneb gyda Ravg=12% a (b) arwyneb gyda Ravg=22% [27].
4.3 Arwahanrwydd ymyl gwlyb-gemeg
Mae'r rhanbarth allyrrydd mewn cell solar wedi'i ffugio gan broses trylediad tymheredd uchel (i'w drafod yn yr adrannau sydd i ddod). Yn ystod y broses ymlediad, mae gwydr ffosfforig silicad (PSG) yn cael ei ddyddodi ar y wafer y dylid ei dynnu cyn dyddodi'r haen ARC. Fel y dangosir yn Ffigur 10, ar ôl y cam trylediad, mae'r rhanbarth n-math hefyd yn bresennol ar ymylon ac ochr gefn y wafer. Bydd yr haen n-math ar ymylon a'r ochr gefn yn cylchdroi byr yr allyrrydd gyda'r swbstrad sylfaen ac felly mae'n bwysig ysgythru'r rhanbarthau hyn ac ynysu'r allyrrydd ar y FS o'r swbstrad sylfaen fel y'i dangosir yn Ffigur 10 (c).
Ffigur 10. Prosesu afrlladen silicon ar ôl trylediad ac ynysu ymylon (a) Wafer silicon gweadog, (b) afrlladen silicon gwasgaredig, (c) afrlladen silicon gwasgaredig ar ôl ynysu ymyl.
Gellir cyflawni'r broses ynysu ymylon mewn modd mewnol tebyg i'r broses weadu a drafodwyd yn yr adran flaenorol. Yr eithriad yn yr achos hwn yw y dylai'r cemegyn ysgythru dim ond yr ochr gefn a'r ymylon heb ryngweithio â'r FS. Dangosir delwedd gynrychioliadol o'r broses ynysu ymylon yn Ffigur 11. Mae'n bwysig nodi bod y rholeri yn bresennol ar yr ochr waelod yn unig er mwyn osgoi unrhyw gyswllt o'r toddiant ysgythru â'r ochr flaen. Mae'r camau dilynol ar ôl yr ysgythriad RS yn debyg i'r rhai yn y peiriant gweadu mewnol.
Ffigur 11. Delwedd gynrychioliadol o gell solar mewn baddon ynysu ymyl-lein.
5. Prosesau thermol ar gyfer saernïo celloedd solar
Mae prosesau tymheredd uchel yn rhan hanfodol o wneuthuriad celloedd solar. Enghreifftiau o brosesau o'r fath yw ffurfio'r gyffordd pn trwy ymlediad, tanio cysylltiadau wedi'u hargraffu ar y sgrin, actifadu haenau pasio wyneb neu anelio diffygion a achosir gan broses. Mae'r adran yn cipolwg ar ffiseg sylfaenol y broses trylediad allyrrydd a dyddodiad anwedd cemegol wedi'i wella gan plasma (PECVD).
5.1 Trylediad allyrrydd
Mae trylediad allyrrydd yn un o'r camau thermol hanfodol yn y gwneuthuriad celloedd solar diwydiannol. Mae allyrrydd n-math y celloedd solar silicon p-math crisialog yn cael ei ffurfio gan ymlediad ffosfforws (P). Yn y broses ymlediad, anfonir y wafferi Si mewn ffwrnais a'u dinoethi ar 800-900 ° C i clorid ffosfforyl (POCl3) ac mae O2which yn arwain at ddyddodiad PSG ar arwynebau wafer Si. Gelwir y cam hwn yn rhag-ddyddodiad, lle mae'r PSG [28] yn gweithredu fel ffynhonnell dopants ffosfforws (P) i ymledu i'r wafer Si. Y cam nesaf yw gyrru i mewn, lle mae'r cyflenwad o nwyon dopant wedi'i ddatgysylltu a P o'r haen PSG yn tryledu ymhellach i'r Si wafer. Hannes etal. Mae [29] yn dangos ar gyfer y dichonoldeb proses gorau posibl ar gyfer cymwysiadau ffotofoltäig, mae'n rhaid ystyried tair effaith wahanol. Yn gyntaf, trylediad P o'r PSG a'i bresenoldeb mewn taleithiau gweithredol ac anactif yn y wafer Si, sy'n cynyddu ailgyfuniad Shockley-Read-Hall (SRH). Yn ail, gosod amhureddau i mewn i'r haen Si tuag at yr haen PSG. Yn olaf, mae'r ffurfiad cyswllt metel gyda'r allyrrydd Si P-doped yn tynnu allan y pŵer a gynhyrchir.
Mae'r broses ymlediad yn cael ei feintioli yn ôl gwrthiant dalen sy'n dibynnu ar ddyfnder cyffordd pn a phroffil crynodiad P. Mae gan y gwrthiant dalen unedau o Ω / cm (a fesurir yn gyffredin fel Ω / □) ac fe'i mesurir gan ddefnyddio system stiliwr pedwar pwynt. Dangosir y diffiniad o wrthwynebiad dalen ynEq. (1).
lleR=gwrthiant darn hirsgwar (Ω); ρ=gwrthedd (Ω cm); l=hyd y darn hirsgwar (cm); A=arwynebedd y darn hirsgwar (cm2); W=lled y darn hirsgwar (cm) ) D=dyfnder y darn hirsgwar (cm) a thaflen=gwrthiant ar gyfer dyfnder penodol (D) pan fydd l=W (Ω / □).
Gwerthoedd cynharach gwrthiant dalen allyrrydd oedd 30-60Ω / □ gyda dyfnder cyffordd pn o> 400nm a chrynodiad wyneb P uchel. Gyda gwelliannau yn y past arian ochr blaen (Ag), mae gwrthiant y ddalen allyrrydd bellach yn yr ystod o 90-110Ω / □ gyda dyfnder cyffordd oddeutu 300nm a chrynodiad arwyneb P is. Mae symud i wrthwynebiad dalennau mwy yn caniatáu dal mwy o olau yn y sbectrwm UV a glas, tra hefyd yn lleihau ailgyfuno'r wyneb i wella'r Voc. Dylid nodi bod y broses ymlediad yn digwydd ar y FS (yn agored yn uniongyrchol i'r nwyon) a hefyd ar yr ymylon ac RS. Os na chynhelir y broses ynysu ymylon (fel y trafodwyd yn Adran 4.3), bydd yr allyrrydd yn cael ei gylchdroi yn fyr gyda'r swbstrad.
Mae Ffigur 12 yn dangos y broses POCl3diffusion mewn system tiwb cwarts caeedig.POCl3is ffynhonnell hylif a gyflenwir i'r tiwb proses trwy ei fyrlymu â nwy cludwr N2. Trwy gymysgu
Ffigur 12. (a) Cynrychiolaeth sgematig o'r broses trylediad math swp a (b) delwedd gynrychioliadol o offer trylediad math swp. Ffynhonnell: centrotherm GmbH.
Ar wyneb Si,
Mae clorin sy'n sgil-gynnyrch yn ystod y cyn-ddyddodiad yn glanhau'r wafferi a'r tiwb cwarts trwy ffurfio cyfadeiladau â metelau. Defnyddir PSG fel ffynhonnell ar gyfer gyrru yn yr atomau P i mewn i arwyneb Si. Yn ystod y broses gyrru i mewn, diffoddodd POCl3is a dim ond O2is a ychwanegodd i adeiladu haen denau ocsid o dan y PSG i wella trylediad atomau P i mewn i arwyneb Si.
Y tu mewn i'r tiwb trylediad mae pum parth gwresogi fel y dangosir yn Ffigur 13. Y parthau yw:
Parth llwytho (LZ) —a lle mae'r wafferi yn cael eu llwytho i'r tiwb.
Parth llwytho canolfan (CLZ) - nwyddau rhwng y parth llwytho a'r parth canol.
Parth canol (CZ) - ardal ganol y tiwb.
Parth nwy canolfan (CGZ) - nwyddau rhwng y parth canol a'r parth nwy.
Parth nwy (GZ) —a lle mae'r nwyon yn symud allan trwy'r gwacáu.
Ffigur 13. Parthau cynhesu y tu mewn i'r tiwb trylediad.
Yn nodweddiadol mae tymereddau pob parth gwresogi yn cael eu haddasu i gael gwrthiant dalen allyrrydd cyfartal ar gyfer yr holl wafferi ar draws y cwch.
Dylai amgylchedd y broses ymlediad fod yn lân iawn ac felly defnyddir deunydd cwarts ar gyfer y tiwbiau. Mae glendid y tiwbiau a chynnal a chadw ardal llwytho hefyd yn effeithio ar ganlyniadau'r broses. Gan nad oes gweddillion yn y tiwb mewn trylediad cyfnod nwy, mae'n arwain at broses lanach. Trwy lwytho hanner traw yn yr amodau gwasgedd isel (LP) [31], gellir cynyddu'r trwybwn. Yn gyffredin, mae 1,000wafers yn cael eu llwytho mewn tiwb sengl a gyda phum tiwb trylediad mewn system trylediad math swp, gellir cyflawni trwybwn hyd at 3,800wafers / h ar gyfer gweithgynhyrchu celloedd solar.
Defnyddiwyd system trylediad mewnlin lle mae'r wafferi yn cael eu cludo ar wregys ag asid ffosfforig fel ffynhonnell dopants P hefyd mewn cynhyrchu masnachol [32]. Fodd bynnag, o'i gymharu â'r broses fewnlin, mae'r broses swp yn fwy glân, effeithiol ac effeithlon. Ar gyfer cysyniadau celloedd solar n-math neu gelloedd solar datblygedig fel PERT, mae'r trylediad swp math p yn seiliedig ar ffynonellau dopant boron (B) fel tribromide boron (BBr3) [33,34].
5.2 Dyddodiad cotio gwrth-adlewyrchol (ARC)
Mae arwyneb Si noeth yn adlewyrchu> 30% o'r digwyddiad ysgafn. Fel y trafodwyd yn Adran 4, mae'r broses weadu yn gwella'r golau. Mae'n ddymunol lleihau'r adlewyrchiad ymhellach a geir trwy adneuo haen ARC. TiOxwas un o'r deunydd cynharaf i'w ddefnyddio fel haen ARC ar gyfer celloedd solar, ond gan na allai ddarparu pasio wyneb digonol, yn y pen draw, cafodd ei ddisodli gan SiNx: H [37]. Cyflogwyd ocsid silicon a dyfwyd yn thermol (SiO2) hefyd fel y deunydd goddefol yn y celloedd allyrrydd goddefol sy'n torri record yn ôl yn y celloedd gwasgaredig yn lleol (PERL) [37]. Roedd cyllideb thermol uchel ac amser proses hir yn golygu bod pasio ar sail SiO2 yn anaddas ar gyfer masgynhyrchu celloedd solar [37]. Trafodir adolygiad cynhwysfawr o amrywiol ddeunyddiau ARC a goddefol ar gyfer cymwysiadau celloedd solar yn [37].
Mae'r broses dyddodiad anwedd cemegol wedi'i wella gan plasma (PECVD) yn addas ar gyfer dyddodi haen ARC o SiNx: H sydd nid yn unig yn lleihau'r adlewyrchiad ond hefyd yn pasio'r allyrrydd math n ochr flaen a'r swmp gan wella effeithlonrwydd celloedd solar [36, 37]. Dangosir sgematig o system PECVD math swp yn Ffigur 14. Mae'r wafferi yn cael eu llwytho mewn cwch graffit gyda'r ochrau blaen yn wynebu ei gilydd. Mae plasma RF wedi'i seilio ar nwyon proses amonia (NH3) a silane (SiH4) sy'n gweithredu ar dymheredd o 400-450 ° C yn adneuo'r haen SiNx: H hydrogenedig fel perEq. (4) [35]. Mae'r hydrogen sydd wedi'i ymgorffori yn y ffilm SiNx: H yn tryledu i'r swmp yn ystod y cam tanio (a drafodir yn yr adran nesaf) ac yn pasio'r bondiau hongian i wella perfformiad celloedd solar [36,37].
Ffigur 14. (a) Diagram sgematig o'r broses PECVD math batsh ar gyfer SiNx: dyddodiad H a (b) cwch graffit ar gyfer llwytho wafferi Si yn y ffwrnais PECVD.
Mae mynegai plygiannol (RI) y ffilm SiNx: H yn cael ei reoli gan gymhareb SiH4 / NH3gas, tra bod y trwch yn dibynnu ar hyd y dyddodiad. Gall yr ARC SiNx: sy'n seiliedig ar H leihau'r adlewyrchiad ar gyfer tonfedd sengl a rhoddir trwch y donfedd gan [38],
lle=trwch yr haen SiNx: H ARC, λ0=tonfedd y golau sy'n dod i mewn andn1=mynegai plygiannol yr haen SiNx: H.
Yn seiliedig ar y berthynas, gelwir yr ARC hefyd yn 'chwarter tonfedd ARC'. Ar gyfer celloedd solar, dewisir yr RI a'r trwch i leihau'r adlewyrchiad ar donfedd o 600nm gan mai dyma uchafbwynt sbectrwm yr haul. Dewisir trwch ac RI yr ARC i fod yn gymedr geometrig deunyddiau ar y naill ochr, hy gwydr / aer a Si. Mae trwch nodweddiadol y SiNx: H ARC yn 80-85nm gyda RI o 2.0–2.1 yn rhoi lliw glas i fioled i'r gell solar. Dangosir delwedd gynrychioliadol o gell solar aml-grisialog gweadog a adneuwyd gyda SiNx: H yn Ffigur 15 (a), tra dangosir yr amrywiad o liw SiNx: H yn seiliedig ar ei drwch yn Ffigur 15 (b). Mae'n bwysig nodi bod dibyniaeth ar wead yr wyneb a lliw ARC ar gyfer paramedrau dyddodi penodol. Mae yna amrywiaeth o fodiwlau solar lle mae lliw celloedd yr haul yn dywyllach yn wahanol i'r lliw glas nodweddiadol. Mae cam dyddodi ARC nodweddiadol mewn llinell weithgynhyrchu celloedd solar yn cynnwys dwy system PECVD, pob un â phedwar tiwb a thrwybwn o hyd at 3,500wafers / h.
Ffigur 15. (a) Delwedd gynrychioliadol o SiNx: Cell solar aml-grisialog wedi'i gorchuddio â H, (b) amrywiad o haen SiNx: H yn seiliedig ar ei drwch.
SiNx: Nid yw H yn addas ar gyfer Si-math p goddefol ac felly dielectrics fel Al2O3are a ddefnyddir ar gyfer pasio RS ar gyfer pensaernïaeth celloedd fel celloedd PERC [8] neu ar gyfer allyrwyr math p mewn celloedd solar n-math. Ar gyfer celloedd solar PERC, mae haen Al2O3passivating wedi'i chapio gan SiNx: H i'w hamddiffyn rhag yr Al-past yn ystod y broses danio a hefyd fel adlewyrchydd mewnol ar gyfer y golau tonfedd hir. Mae systemau masnachol PECVD a dyddodiad haen atomig (ALD) ar gael ar gyfer adneuo trwybwn Al2O3 gyda hyd at 4,800wafers / h [39].
6. Meteleiddio a nodweddu celloedd solar
6.1 Metaleiddio ar sail argraffu sgrin
Y cam prosesu olaf ar gyfer saernïo celloedd solar yw'r metaleiddio FS ac RS i dynnu allan y pŵer gyda'r colledion gwrthiannol lleiaf. Mae Ag yn ddeunydd cyswllt da ar gyfer yr allyrrydd n-math, tra bod Al yn gwneud cyswllt da iawn â'r swbstrad math-p. Defnyddir cyfuniad o past Ag / Al i argraffu padiau ar yr RS i hwyluso cydgysylltiad celloedd solar mewn modiwl. Mae argraffu sgrin yn broses syml, sy'n esblygu'n barhaus ac yn barhaus ar gyfer metaleiddio celloedd solar.
Dangosir cynrychiolaeth sgematig o'r broses argraffu sgrin yn Ffigur 16. Mae gan y sgriniau rwyll dur gwrthstaen wedi'i orchuddio ag emwlsiwn gydag agoriadau yn unol â'r patrwm metaleiddio a ddymunir fel y dangosir yn Ffigur 17 (a). Mae'r past metel wedi'i wasgaru dros y sgrin trwy'r llifogydd a'r symudiad squeegee sy'n dyddodi'r past ar y gell solar yn seiliedig ar batrwm y sgrin. Snap-off yw'r pellter y sgrin a'r gell solar. Y pwysau gwasgu a'r pellter snap-off yw'r paramedrau critigol sy'n pennu'r gosodiad past a geometreg y bysedd Ag FS.
Ffigur 16.Deall y broses argraffu sgrin ar gyfer metaleiddio celloedd solar.
Ffigur 17. (a) Sgrin emwlsiwn rhwyll gydag agoriad bys ar gyfer argraffu FS Ag [40] a (b) patrwm metaleiddio cynrychioliadol FS.
Y past nodweddiadol a osodir ar gyfer padiau Ag / Al RS, RS Al a FS Ag yw 35-45mg, 1.1–1.4g a 100-120mg, yn y drefn honno ar gyfer cell solar aml-grisialog Alin-BSF 6 modfedd. Dangosir patrwm metaleiddio Ag FS eglurhaol yn Ffigur 17 (b). Mae'r agoriad bys Ag wedi gostwng i lai na 30μm, tra bod defnyddio 5 bar bws yn cael ei fabwysiadu fwyfwy nawr. Gyda pharamedr sgrin o'r fath a past da wedi'i osod, dylid cael FF cyson o> dylid sicrhau 80% ar gyfer celloedd solar Al-BSF gyda cholled cysgodi optegol o<>
6.2 Sychu a thanio pastiau metaleiddio yn gyflym
Mae'r pastau metaleiddio yn cynnwys powdr metel, toddyddion a rhwymwyr organig. Mewn achos o past FS Ag, mae'r past hefyd yn cynnwys ffrit gwydr wrth ysgythru'r haen SiNx: H ac mae'n cysylltu â'r allyrrydd math n [41]. Mae'r pastau metel yn cael eu sychu ar ôl eu hargraffu ac yn olaf fe'u hanfonir trwy ffwrnais sy'n tanio'n gyflym i'w sintro ac maent yn ffurfio cyswllt RS Al-BSF a FS Ag. Dangosir enghraifft o ffwrnais tanio mor gyflym â'r proffil tymheredd yn Ffigur 18. Dangosir proses sintro bys FS Ag yn Ffigur 19. Pan fydd y gell solar yn mynd trwy'r ffwrnais sy'n tanio'n gyflym, mae'r rhwymwyr organig yn cael eu llosgi, ac yna eu toddi. o'r ffrit gwydr ac yn olaf ffurfio crisialau Ag yn cysylltu â'r allyrrydd n-math. Mae angen tiwnio'r proffil tanio yn seiliedig ar y mathau penodol o pastau metaleiddio a phroffil trylediad allyrrydd. Er enghraifft, gallai'r tymheredd brig tanio fod yn isel i beidio â ffurfio cyswllt ohmig da ar y FS, tra gall tymheredd rhy uchel arwain at ymlediad Ag trwy'r gyffordd a siyntio'r gyffordd pn. Dangosir delwedd o gell solar Al-BSF aml-grisialog gyflawn yn Ffigur 20.
Ffigur 18. (a) Enghraifft o ffwrnais danio ar gyfer cysylltiadau metel sintering a (b) proffil tymheredd darluniadol ffwrnais danio. Ffynhonnell: centrotherm GmbH.
Ffigur 19.Gwella'r broses danio. (a) Llosgi allan o'r rhwymwyr organig, (b) toddi ffrit gwydr sy'n ysgythru ffurfiant crisialit SiNx: H ac (c) Ag yn y rhyngwyneb allyrrydd.
Ffigur 20. (a) FS cell solar gyflawn a (b) RS o gell solar gyflawn.
6.3 Metaleiddio ochr flaen platio
Mae costau amrywiol ffactorau mewn prosesu celloedd solar wedi gostwng dros y blynyddoedd, tra mai cyfraniad Ag blaen yw'r mwyaf arwyddocaol o hyd [42]. Gwnaed cryn dipyn o waith i ddisodli Ag gan fetel bob yn ail fel copr (Cu) sydd â gwerth dargludedd sy'n agos iawn at werth Ag ac sydd hefyd yn cynnig mantais gost sylweddol bosibl [43,44]. Mae gan Cu tryledrwydd a hydoddedd uchel yn Si ac felly mae haen rwystr fel nicel (Ni) yn cael ei ddyddodi ar Si cyn Cu platio [42]. Mae platio a ysgogwyd gan olau (LIP) sy'n deillio o blatio confensiynol yn defnyddio effaith ffotofoltäig golau i blatio'r metel a ddymunir ac mae ganddo lawer o fanteision o'i gymharu â phlatio confensiynol [43,44].
Mae metaleiddio ochr blaen Ni-Cu yn gofyn am gam patrwm ARC ochr blaen ychwanegol yn wahanol i'r metaleiddio Ag-seiliedig ar past ac yn y rhan fwyaf o achosion hefyd gam sintro Ni ychwanegol i leihau ymwrthedd cyswllt a chael adlyniad da o'r pentwr metel [42 ]. Mae celloedd solar mc-Si wedi'u torri gan DWS yn seiliedig ar bentwr platiog Ni-Cu-Ag wedi'u dangos gyda lled bys o 22μm, cymhareb agwedd sy'n agos at 0.5 ac effeithlonrwydd tebyg i gelloedd solar Ag-argraffedig wedi'u cyfeirio ar sgrin [45 ].
Mae gwelliant parhaus yn y pastau Ag FS ynghyd â symlrwydd, dibynadwyedd a thrwybwn uchel y broses argraffu sgrin wedi ei gwneud hi'n anodd i fetaleiddio Ni-Cu gystadlu â metaleiddio FS yn seiliedig ar Ag. Fodd bynnag, cysyniadau effeithlonrwydd celloedd solar uchel fel celloedd solar heterojunction bifacial, lle gellir platio Cu yn uniongyrchol ar yr ocsid dargludol tryloyw, mae'r broses blatio wedi'i symleiddio a dim ond un offeryn sydd ei angen arno [39]. Yn yr un modd, gall cysyniadau effeithlonrwydd uchel sy'n gofyn am lai o fetel gyflawni'r un peth trwy ddefnyddio metaleiddio ar sail platio [42,46].
6.4 IV profi a nodweddu celloedd solar
Y cam olaf yw profi IV o'r celloedd solar cyflawn yn unol â'r amodau prawf safonol (STC), hy, AM 1.5G, 1000W / m2 gyda efelychydd solar Dosbarth AAA. Dangosir enghraifft o FS yn archwilio cell solar yn Ffigur 21. Nodir y paramedrau nodweddiadol a geir o'r profwr IV yn Nhabl 3. Mae gan brofwyr IV lawer o baramedrau nodweddu a all fod o gymorth ar gyfer gwneud diagnosis o ddiffygion celloedd solar. Dangosir electroluminescence cynrychioliadol (EL) a delwedd IR thermol o gell solar gyda rhai diffygion yn Ffigur 22 (a) - (c). Dangosir delwedd EL o gell solar dda gyda dwyster unffurf yn Ffigur 22 (a), ond ar gyfer cell solar lle nad yw'r bysedd FS wedi'u hargraffu'n unffurf, gellir gweld cyferbyniad tywyllach yn Ffigur 22 (b). Ffigur 22 (c ) yn dangos delwedd IR thermol o gell solar gyda siyntio lleol sydd wedi'i ffurfio yn ystod un o'r camau prosesu. Yn y diwedd, mae'r celloedd solar yn cael eu didoli mewn gwahanol finiau effeithlonrwydd yn seiliedig ar y dosbarthiad a ddewiswyd.
Ffigur 21.IV mesur FS yn chwilio am nodweddu celloedd solar.
Paramedr
Sylwadau
Voc(V) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth> 0.635V |
Isc(A) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth> 9.0 A. |
FF (%) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth o> 80% |
Effeithlonrwydd (%) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth o> 18.6% |
Vmpp(V) | Foltedd cyfatebol ar y pwynt pŵer uchaf |
Impp(A) | Cerrynt cyfatebol ar y pwynt pŵer uchaf |
Rs(Ω) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth< 1.5=""> |
Rsh(Ω) | Mae gan gelloedd solar da mc-Si Al-BSF werth> 100Ω |
Irev(A) | Dylai cerrynt gwrthdroi ar foltedd o −12V fod yn< 0.5="" a="" ar="" gyfer="" celloedd="" solar=""> |
Gwrthiant FS BB-BB (Ω) | Gwrthiant wedi'i fesur rhwng y BB's ar y FS |
Gwrthiant RS BB-BB (Ω) | Gwrthiant wedi'i fesur rhwng y BB's ar yr RS |
Tabl 3. Paramedrau ar gyfer nodweddu cell solar a gafwyd o fesuriad IV.
Ffigur 22. (a) Delwedd EL o gell solar dda, (b) delwedd EL o gell solar heb fod yn unffurf mewn argraffu bys Ag ac (c) delwedd IR thermol o gell solar yn nodi presenoldeb siyntiau lleol.
7. Tueddiadau'r dyfodol
Mae DWS wedi dod yn safon ar gyfer wafferi mono-grisialog, tra disgwylir iddo gael cyfran o'r farchnad o> 80% erbyn 2022 ar gyfer wafferi aml-grisialog [2]. Disgwylir i SWS ar gyfer wafferi aml-grisialog ddod i ben yn raddol erbyn hynny. Gyda DWS, byddai'r golled kerf hefyd yn dod yn< 80μm="" erbyn="" 2022,="" a="" fyddai="" yn="" ei="" dro="" yn="" lleihau'r="" defnydd="" poly-si="" fesul="" wafer="" o="" dan="" 15g.="" disgwylir="" i="" ddyluniad="" 3bb="" ar="" gyfer="" cysylltiadau="" blaen="" ddod="" i="" ben="" yn="" raddol="" erbyn="" 2020="" gyda="" chyfran="" o="" 50%="" ar="" gyfer="" dyluniad="" 5bb.="" gyda="" gwelliannau="" parhaus="" mewn="" pastau="" a="" sgriniau="" ag,="" rhagwelir="" y="" bydd="" lled="" bys="" fs="" yn="" gostwng="" i="" 30μm="" erbyn="" 2022.="" mae="" offer="" prosesu="" gwlyb-gemegol="" wedi="" croesi="" trwybwn="" o="" 8,000wafers="" h="" yn="" 2018="" a="" byddent="" yn="" cyffwrdd="" â="" 9,000wafers="" h="" erbyn="" 2020.="" offer="" prosesu="" thermol="" wedi="" cyrraedd="" trwybwn="" 5000wafers="" h="" yn="" 2018="" a="" disgwylir="" iddynt="" groesi="" 7,000waf="" h="" erbyn="" 2020.="" disgwylir="" i'r="" adran="" metaleiddio="" a="" phrofi="" didoli="" iv="" fod="" â="" thrwybwn="" o=""> 7,000wafers / h erbyn 2022.
Disgwylir i dechnoleg celloedd sy'n seiliedig ar Al-BSF sydd â chyfran o'r farchnad o> 60% yn 2018 ostwng i< 20%="" erbyn="" 2025.="" gyda="" mwy="" o="" bwyslais="" ar="" gysyniadau="" celloedd="" solar="" effeithlonrwydd="" uchel,="" cyfran="" o="" perc="" disgwylir="" i="" dechnoleg="" fod="" yn=""> 50% erbyn 2022. Disgwylir i effeithlonrwydd cynhyrchu Mono PERC fod yn> 22% erbyn 2022, ond ar gyfer aml PERC dylai gyffwrdd â 21% erbyn yr un amser. Agwedd bwysig sy'n gysylltiedig ag aml-PERC yw lliniaru problem sy'n seiliedig ar LeTID er mwyn lleihau colli effeithlonrwydd ar ôl gosod y modiwlau yn y maes. Celloedd Si HJ ag effeithlonrwydd o> 22% yn 2018 ar ôl y disgwyl i gyrraedd effeithlonrwydd sefydlog o 23% erbyn 2020, gyda chyfran o'r farchnad o tua 10% erbyn 2022. Celloedd bifacial effeithlonrwydd uchel gyda mantais ychwanegol o dapio'r solar Disgwylir i ymbelydredd o'r ochr gefn fod â chyfran o'r farchnad o 20% erbyn 2022. Disgwylir i gelloedd solar cyswllt cefn math N groesi effeithlonrwydd o 24% erbyn 2020.
8. Casgliadau
Mae celloedd solar Si wedi dod yn rhan bwysig o'r parth ynni adnewyddadwy dros y degawdau diwethaf gyda thechnolegau gweithgynhyrchu aeddfed. Mae wafferi aml-grisialog math P wedi dod yn brif arhosiad ar gyfer cynhyrchu celloedd solar. Fodd bynnag, gydag effeithlonrwydd uwch a chostau cynhyrchu gostyngol, mae celloedd solar mono-grisialog hefyd wedi ennill cyfran sylweddol a disgwylir iddynt gystadlu'n agos â wafferi aml-grisialog yn y dyfodol agos. Ar gyfer technoleg Al-BSF safonol, mae 19 ac 20% wedi dod yn feincnod ar gyfer celloedd solar aml-grisialog a mono-grisialog, yn y drefn honno. Mae celloedd mono-PERC ac aml-PERC wedi cyrraedd effeithlonrwydd sefydlog o 21.5 ac 20%, yn y drefn honno. Yn ogystal, mae PERC hefyd yn darparu dull symlach ar gyfer celloedd solar bifacial trwy gael patrwm grid ar yr RS yn lle'r cyswllt ardal llawn. Mae gan gelloedd solar n-math a bifacial effeithlonrwydd uchel gyfran o'r farchnad o< 10%="" y="" disgwylir="" iddo="" gynyddu="" yn="" y="" dyfodol.="" mae'r="" technolegau="" gweithgynhyrchu="" wedi="" aeddfedu'n="" sylweddol="" dros="" yr="" ychydig="" flynyddoedd="" diwethaf="" gyda="" gwelliannau="" pellach="" i="" gynyddu'r="">
Cydnabyddiaethau
Hoffai'r awduron ddiolch i'r cydweithwyr o RCT Solutions GmbH y cymerwyd peth o'r cynnwys ar gyfer y bennod oddi wrthynt. Hoffai Mehul C.Raval ddiolch i'w gydweithiwr Jim Zhou am y trafodaethau ynghylch gweadu silicon du.