Pin mặt trời silicon đa tinh thể là loại công nghệ quang điện được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Vật liệu cốt lõi của nó là silicon đa tinh thể và quy trình sản xuất silicon đa tinh thể là một mắt xích quan trọng trong toàn bộ dây chuyền sản xuất pin. Sau đây sẽ giới thiệu chi tiết về quy trình sản xuất thỏi silicon đa tinh thể, bao gồm các bước chính như lựa chọn nguyên liệu thô, nấu chảy, làm mát và hình thành tinh thể.
1. Lựa chọn nguyên liệu
Bước đầu tiên trong việc sản xuất thỏi silicon đa tinh thể là chọn nguyên liệu silicon có độ tinh khiết cao. Thông thường, silicon công nghiệp (Si) được tinh chế để loại bỏ tạp chất để đạt độ tinh khiết 99,9999% (sáu số chín). Để có được độ tinh khiết cao như vậy, thường cần phải có các công nghệ tinh chế tiên tiến như lắng đọng hơi hóa học (CVD). Việc lựa chọn nguyên liệu silicon có độ tinh khiết cao là cơ sở để đảm bảo hiệu suất của các tế bào silicon đa tinh thể tiếp theo, vì tạp chất sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi quang điện và tuổi thọ của tế bào.
2. Quá trình nóng chảy
Sau khi thu được nguyên liệu silicon có độ tinh khiết cao, bước tiếp theo là nấu chảy. Quá trình nấu chảy thường được thực hiện trong lò nung nhiệt độ cao với nhiệt độ lên tới 1400°C. Quá trình này đòi hỏi mức tiêu thụ năng lượng cao nên việc lựa chọn lò điện hiệu quả là điều quan trọng. Trong quá trình nấu chảy, cấu trúc tinh thể của silicon bị phá vỡ và trở thành silicon lỏng. Quá trình nấu chảy phải đảm bảo nhiệt độ đồng đều để tránh hiện tượng bong bóng hoặc các khuyết tật khác.
3. Làm mát và hóa rắn
Silicon lỏng nóng chảy cần được làm lạnh dần dần để có thể kết tinh lại tạo thành silicon đa tinh thể. Tốc độ và nhiệt độ làm mát rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể và chất lượng của thỏi silicon cuối cùng. Trong quá trình làm mát, silicon lỏng sẽ bắt đầu đông đặc lại để tạo thành thỏi silicon đa tinh thể sơ bộ. Công đoạn này thường được thực hiện trên một thiết bị làm mát đặc biệt để đảm bảo làm mát đồng đều.
4. Sự hình thành tinh thể
Trong quá trình làm mát, các nguyên tử silicon sẽ sắp xếp lại để tạo thành nhiều tinh thể thay vì một cấu trúc tinh thể đơn lẻ. Quá trình hình thành các thỏi silicon đa tinh thể liên quan đến việc gieo mầm và phát triển tinh thể. Trong quá trình làm mát, các hạt tinh thể nhỏ đầu tiên sẽ hình thành ở một số khu vực và những hạt này sẽ tiếp tục phát triển khi nhiệt độ giảm, cuối cùng tạo thành một thỏi silicon đa tinh thể hoàn chỉnh. Tốc độ và thời gian làm mát hợp lý có thể tối ưu hóa kích thước và sự phân bố của tinh thể, từ đó cải thiện hiệu suất của silicon đa tinh thể.
5. Cắt và gia công phôi silicon
Sau khi thỏi silicon đa tinh thể nguội đến nhiệt độ phòng, nó cần được cắt thành những lát mỏng để sử dụng trong sản xuất pin mặt trời. Quá trình này thường sử dụng máy cắt dây có độ chính xác cao để đảm bảo độ dày của tấm wafer silicon cắt nằm trong khoảng 180-200 micron. Cần phải vận hành cẩn thận trong quá trình cắt để tránh lãng phí vật liệu và làm hỏng tấm.
6. Kiểm tra chất lượng
Trong quá trình sản xuất thỏi silicon, việc kiểm soát chất lượng là rất quan trọng. Mỗi liên kết sản xuất sẽ được kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo độ tinh khiết, cấu trúc tinh thể và tính chất vật lý của thỏi silicon đáp ứng các tiêu chuẩn. Thông thường, phân tích quang phổ, quan sát bằng kính hiển vi và các phương pháp khác được sử dụng để tiến hành kiểm tra toàn diện thỏi silicon nhằm đảm bảo rằng nó có thể cho thấy hiệu suất tốt trong quá trình sản xuất pin tiếp theo.
