Quy trình sản xuất đơn tinh thể tấm pin mặt trời bao gồm một loạt các công nghệ phức tạp và phức tạp cũng như các biện pháp kiểm soát quy trình để đảm bảo rằng mỗi tấm pin đều có chất lượng ổn định và hiệu quả cao. Sau đây là câu trả lời và giới thiệu chi tiết:
Các công nghệ chủ yếu và quy trình kiểm soát trong quy trình sản xuất tấm silicon đơn tinh thể
Chuẩn bị vật liệu silicon có độ tinh khiết cao
Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể là chuẩn bị vật liệu silicon có độ tinh khiết cao. Độ tinh khiết của silicon ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và hiệu suất của tấm pin. Vật liệu silicon thường được điều chế thông qua quá trình tinh chế silicon cấp luyện kim, bao gồm:
Phương pháp trichlorosilane (phương pháp Siemens): Trichlorosilane (HCl) được tạo ra bằng cách cho silicon cấp luyện kim phản ứng với clo, sau đó chưng cất và khử để cuối cùng tạo ra silicon đa tinh thể có độ tinh khiết cao.
Phương pháp nấu chảy vùng: Để cải thiện hơn nữa độ tinh khiết của silicon, phương pháp nấu chảy vùng được sử dụng để làm nóng chảy một phần phôi silicon ở nhiệt độ cao và các tạp chất được loại bỏ dần bằng cách gia nhiệt vùng.
Sự phát triển của thỏi silicon đơn tinh thể
Sau khi chuẩn bị xong vật liệu silicon có độ tinh khiết cao, nó cần được chuyển đổi thành các thỏi silicon đơn tinh thể. Các phương pháp chính bao gồm:
Phương pháp Czochralski (CZ): Silicon đa tinh thể được đặt trong nồi nấu kim loại thạch anh và đun nóng đến trạng thái nóng chảy, sau đó một hạt đơn tinh thể được ngâm trong silicon nóng chảy và tinh thể hạt được quay từ từ và kéo lên để dần dần phát triển một silicon đơn tinh thể phôi.
Phương pháp vùng nổi (FZ): Gia nhiệt cảm ứng điện từ được sử dụng để nuôi silicon đơn tinh thể mà không cần nồi nấu kim loại. Silicon đơn tinh thể có độ tinh khiết cao thu được bằng cách nấu chảy và kết tinh các thanh silicon đa tinh thể thành từng phần dưới tác động của cuộn dây cảm ứng tần số cao.
Cắt thỏi silicon và sản xuất tấm silicon
Sau khi quá trình phát triển của thỏi silicon đơn tinh thể hoàn tất, nó cần được cắt thành những lát mỏng để tạo thành pin mặt trời. Các bước chính bao gồm:
Cắt phôi silicon: Sử dụng công nghệ cắt cưa dây kim cương, phôi silicon đơn tinh thể được cắt thành những lát mỏng. Cắt bằng cưa dây kim cương có thể mang lại hiệu quả cắt có độ chính xác cao và tổn thất thấp.
Đánh bóng và làm sạch tấm silicon: Các tấm silicon đã cắt cần được đánh bóng và làm sạch để loại bỏ các vết cắt và tạp chất trên bề mặt, đồng thời đảm bảo độ mịn và phẳng của bề mặt tấm silicon.
Kết cấu và pha tạp của tấm silicon
Để nâng cao hiệu quả chuyển đổi quang điện, các tấm silicon cần được kết cấu và pha tạp:
Kết cấu: Một cấu trúc kim tự tháp nhỏ được hình thành trên bề mặt của tấm bán dẫn silicon bằng phương pháp ăn mòn hóa học để tăng diện tích bề mặt và hiệu quả hấp thụ ánh sáng.
Doping: Phốt pho (loại n) hoặc boron (loại p) và các nguyên tố khác được pha tạp trên tấm wafer silicon bằng cách khuếch tán hoặc cấy ion để tạo thành điểm nối PN, là cơ sở để pin mặt trời tạo ra điện.
Thụ động bề mặt và lớp phủ chống phản chiếu
Để giảm sự tái hợp của các chất mang quang điện và nâng cao hiệu quả chuyển đổi quang điện, bề mặt của tấm wafer silicon cần được thụ động hóa và cần thêm một lớp phủ chống phản chiếu:
Thụ động bề mặt: Một lớp silicon oxit hoặc silicon nitride được lắng đọng trên bề mặt tấm silicon bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) hoặc lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) để giảm khuyết tật bề mặt và tái hợp.
Lớp phủ chống phản chiếu: Một lớp phủ chống phản chiếu, chẳng hạn như silicon nitride (SiNx), được lắng đọng trên bề mặt tấm wafer silicon để giảm phản xạ ánh sáng và cải thiện hiệu quả hấp thụ ánh sáng.
Sản xuất điện cực và lắp ráp tế bào
Để thu thập và truyền dòng điện quang sinh, các điện cực cần được chế tạo trên bề mặt tấm silicon:
Điện cực phía trước: Miếng bạc được in ở mặt trước của tấm silicon bằng công nghệ in lụa và điện cực tiếp xúc ohm tốt được hình thành bằng quá trình thiêu kết.
Điện cực phía sau: Điện cực nhôm hoặc điện cực bạc được chế tạo ở mặt sau của tấm silicon bằng cách bay hơi chân không hoặc in lụa để đảm bảo thu dòng điện hiệu quả.
Kiểm tra và phân loại tế bào
Các tế bào được sản xuất cần phải trải qua quá trình kiểm tra và phân loại nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất và tính nhất quán của chúng:
Kiểm tra quang điện: Kiểm tra các thông số như điện áp mạch hở (Voc), dòng điện ngắn mạch (Isc), hệ số lấp đầy (FF) và hiệu suất chuyển đổi của từng cell.
Sắp xếp: Theo kết quả kiểm tra, các ô được chia thành các mức hiệu suất khác nhau để có thể khớp với nhau trong quá trình lắp ráp nhằm cải thiện hiệu suất tổng thể của các bộ phận.
Lắp ráp và đóng gói linh kiện
Sau khi thử nghiệm và phân loại, các tế bào cần được lắp ráp thành các module pin mặt trời:
Kết nối nối tiếp và song song: Các cell được mắc nối tiếp và song song theo yêu cầu thiết kế để tạo thành chuỗi pin.
Đóng gói: Sử dụng màng EVA (ethylene-vinyl acetate) để kẹp chuỗi tế bào giữa kính và tấm mặt sau có độ truyền ánh sáng cao, đồng thời sử dụng máy ép nhựa để thực hiện ép nóng bao bì để tạo thành cụm tế bào chống nước và chống bụi.
Kiểm soát chất lượng và kiểm tra nhà máy
Cuối cùng, các mô-đun pin mặt trời được sản xuất cần phải trải qua quá trình kiểm tra chất lượng và kiểm tra nghiêm ngặt tại nhà máy:
Kiểm tra độ bền cơ học: Kiểm tra khả năng chống gió, khả năng chịu áp lực và khả năng chống va đập của mô-đun để đảm bảo độ bền của mô-đun trong các điều kiện môi trường khác nhau.
Kiểm tra hiệu suất điện: Kiểm tra công suất đầu ra và hiệu suất của mô-đun bằng cách mô phỏng ánh sáng mặt trời để đảm bảo mô-đun đáp ứng các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn thiết kế.
Tóm lại, quy trình sản xuất tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể bao gồm nhiều công nghệ chính và kiểm soát quy trình, từ việc chuẩn bị vật liệu silicon có độ tinh khiết cao, đến sự phát triển của các thỏi silicon đơn tinh thể, cắt, tạo kết cấu và pha tạp các tấm silicon, cho đến sản xuất điện cực, lắp ráp tế bào và kiểm soát chất lượng cuối cùng. Mỗi bước đều yêu cầu kiểm soát chặt chẽ và vận hành chính xác để đảm bảo hiệu quả cao và tính nhất quán của sản phẩm cuối cùng. Thông qua các công nghệ và điều khiển quy trình này, các tấm pin mặt trời silicon đơn tinh thể có thể duy trì tính cạnh tranh trên thị trường và cung cấp cho người dùng các giải pháp năng lượng mặt trời hiệu quả và đáng tin cậy.