ویفرهای سیلیکون در سلولهای فتوولتائیک چگونه استفاده می شوند؟

ویفرهای سیلیکون ستون فقرات سلولهای فتوولتائیک (PV) هستند ، بلوک های ساختمان پانل های خورشیدی که نور خورشید را به برق تبدیل می کنند. من به عنوان یک تأمین کننده پیشرو ویفر سیلیکون ، من شاهد نقش اصلی این ویفرها در صنعت انرژی خورشیدی بوده ام. در این وبلاگ ، من به چگونگی استفاده از ویفرهای سیلیکون در سلولهای فتوولتائیک می پردازم ، و این روند را از مواد اولیه به یک پنل خورشیدی کاملاً کاربردی بررسی می کنم.

مبانی ویفرهای سیلیکون

سیلیکون دومین عنصر فراوان روی زمین است و آن را به یک ماده ایده آل برای تولید سلول های PV در مقیاس بزرگ تبدیل می کند. ویفر سیلیکون یک قطعه نازک و دایره ای از مواد نیمه هادی است که به طور معمول از سیلیکون بسیار خالص ساخته می شود. این ویفرها در اندازه ها و ضخامت های مختلفی قرار دارند که هر یک متناسب با برنامه های خاص در صنعت PV است. به عنوان مثال ،ویفر سیلیکون 8 اینچییک انتخاب محبوب به دلیل تعادل آن بین اندازه و قابلیت مدیریت در طی فرآیند تولید است.

تصفیه سیلیکون

سفر یک ویفر سیلیکون در یک سلول PV با تصفیه سیلیکون آغاز می شود. سیلیکون خام به دست آمده از کوارتزیت یا شن برای اولین بار به سیلیکون درجه متالورژی (MG - SI) تبدیل می شود که دارای خلوص حدود 98 ٪ است. با این حال ، این سطح از خلوص برای برنامه های PV کافی نیست. برای دستیابی به سیلیکون با خلوص بالا ، منیزیم - Si تحت یک فرآیند تصفیه شیمیایی مانند فرآیند زیمنس یا روش راکتور بستر سیال شده قرار می گیرد.

در فرآیند زیمنس ، Mg - Si با کلرید هیدروژن واکنش نشان می دهد تا تری کلروسیلان (Sihcl₃) تشکیل شود. سپس Trichlorosilane برای از بین بردن ناخالصی ها تقطیر شده و با هیدروژن در دماهای بالا کاهش می یابد تا سیلیکون خالص را روی میله های نازک قرار دهد. این منجر به سیلیکون پلی کریستالی با خلوص بیش از 99.9999 ٪ می شود.

رشد کریستالی

پس از به دست آوردن سیلیکون خلوص بالا ، باید در یک ساختار کریستالی شکل بگیرد. دو نوع اصلی کریستال سیلیکون در سلولهای PV وجود دارد: مونوکریستالی و پلی کریستالی.

سیلیکون مونوکریستالی با استفاده از روش Czochralski (CZ) رشد می کند. در این فرآیند ، یک کریستال بذر کوچک به یک سیلیکون مذاب فرو می رود. از آنجا که کریستال بذر به آرامی در هنگام چرخش بیرون می رود ، اتم های سیلیکون به بذر وصل می شوند و یک شمش بزرگ و تک کریستالی را تشکیل می دهند. سیلیکون مونوکریستالی دارای یک ساختار کریستالی یکنواخت است که امکان تحرک بهتر الکترونی و راندمان بالاتر در سلولهای PV را فراهم می کند.

سیلیکون پلی کریستالی با ذوب سیلیکون خلوص بالا در یک صلیب بزرگ تولید می شود و سپس به آن اجازه می دهد تا به آرامی جامد شود. بر خلاف سیلیکون مونوکریستالی ، سیلیکون پلی کریستالی از بسیاری از کریستال های کوچک با جهت گیری های مختلف تشکیل شده است. در حالی که سیلیکون پلی کریستالی به طور کلی نسبت به سیلیکون مونوکریستالی کارآمدتر است ، تولید آن ارزان تر است.

برش ویفر

پس از رشد کریستال ، شمشهای سیلیکون به ویفرهای نازک بریده می شوند. این کار به طور معمول با استفاده از سیم اره انجام می شود ، که از یک سیم تنش زیاد تشکیل شده است که به سرعت از طریق شمش حرکت می کند. این سیم با ذرات ساینده مانند الماس پوشانده شده است تا از طریق مواد سیلیکون سخت بریده شود. ضخامت ویفرها می تواند متفاوت باشد ، وویفر سیلیکون نازکگزینه ها به طور فزاینده ای محبوب می شوند زیرا باعث کاهش مصرف و هزینه مواد می شوند.

درمان سطحی

پس از قطع شدن ویفرها ، آنها تحت یک سری درمان های سطحی قرار می گیرند. ابتدا ویفرها برای از بین بردن هرگونه آلاینده یا بقایای فرآیند برش تمیز می شوند. سپس ، یک فرآیند بافت بر روی سطح ویفرها اعمال می شود. بافت یک سطح خشن ایجاد می کند که به کاهش بازتاب نور خورشید کمک می کند و باعث می شود نور بیشتری توسط سلول PV جذب شود.

دوپینگ

دوپینگ یک گام مهم در تولید سلولهای PV است. این شامل معرفی مقادیر کمی از ناخالصی ها ، به نام دوپانت ها ، به ویفر سیلیکون برای ایجاد محل اتصال AP - N است. محل اتصال P - N مرز بین دو نوع مواد نیمه هادی است: P - Type و N - Type.

P - نوع سیلیکون با دوپینگ سیلیکون با عناصری مانند بور ایجاد می شود که دارای یک الکترون کمتری نسبت به سیلیکون هستند. این "سوراخ ها" در شبکه سیلیکون ایجاد می کند ، که به عنوان حامل بار مثبت عمل می کنند. N - نوع سیلیکون با دوپینگ با عناصری مانند فسفر تشکیل می شود که دارای یک الکترونی با ارزش بیشتر از سیلیکون هستند و الکترون های اضافی را به عنوان حامل بار منفی ایجاد می کنند.

هنگامی که AP - Type و یک سیلیکون نوع N - با هم جمع می شوند ، محل اتصال AP - N تشکیل می شود. در محل اتصال P - N ، الکترونهای منطقه N - نوع در منطقه P - نوع پخش می شوند ، و سوراخ هایی از منطقه P - نوع در منطقه N - نوع پخش می شوند و یک میدان الکتریکی ایجاد می کنند.

روکش ضد انعکاس

برای بهبود بیشتر جذب نور سلول PV ، یک پوشش ضد بازتابنده (AR) به سطح ویفر اعمال می شود. پوشش AR به طور معمول از موادی مانند نیترید سیلیکون یا دی اکسید تیتانیوم ساخته شده است. بازتاب نور خورشید در سطح سلول را کاهش می دهد و میزان نور را که می توان جذب کرد و به برق تبدیل کرد ، افزایش می دهد.

فلز سازی

فلز سازی فرآیند استفاده از تماس های فلزی به سلول PV است. از این مخاطبین برای جمع آوری جریان الکتریکی تولید شده توسط سلول و انتقال آن به یک مدار خارجی استفاده می شود. تماس جلو معمولاً یک شبکه ریز از خطوط فلزی است که به شما امکان می دهد هنگام جمع آوری جریان ، نور خورشید از آن عبور کند. تماس عقب کل سطح پشت ویفر را پوشش می دهد.

محفظه و مونتاژ

پس از ساخت سلول های PV ، آنها برای محافظت از آنها در برابر محیط محاصره می شوند. سلولها بین یک لایه جلوی شفاف ، که معمولاً از شیشه باسورانه ساخته شده است ، و یک برگه پشتی ، که به طور معمول از یک ماده پلیمری ساخته شده است ، ساندویچ می شوند. یک محفظه ، مانند اتیلن - وینیل استات (EVA) برای پیوند دادن لایه ها و تهیه عایق الکتریکی استفاده می شود.

سرانجام ، سلولهای PV محصور شده در پانل های خورشیدی جمع می شوند. سلول های چندگانه به صورت سری و به موازات دستیابی به ولتاژ مورد نظر و خروجی جریان متصل می شوند. سپس پانل ها با یک قاب آلومینیومی برای پشتیبانی و محافظت از مکانیکی قاب بندی می شوند.

ویفرهای تخصصی سیلیکون در PV

علاوه بر ویفرهای سیلیکون استاندارد ، انواع تخصصی وجود دارد که مزایای منحصر به فردی را ارائه می دهند.ویفر سیلیکون FZ، یا ویفر سیلیکون منطقه ، با عبور از میله سیلیکون پلی کریستالی از طریق یک سیم پیچ گرمایش RF تولید می شود. این روش منجر به سیلیکون خلوص بسیار بالا با اکسیژن کم و محتوای کربن می شود ، که می تواند منجر به سلولهای PV با بهره وری بالاتر شود ، به خصوص در برنامه هایی که عملکرد با کیفیت بالا مورد نیاز است.

پایان

ویفرهای سیلیکون قلب سلولهای فتوولتائیک هستند و تولید آنها شامل یک سری پیچیده و دقیق از مراحل است. از تصفیه تا کپسوله سازی ، هر مرحله در تعیین کارآیی و عملکرد سلول PV نهایی بسیار مهم است. ما به عنوان یک تأمین کننده ویفر سیلیکون ، ما متعهد هستیم که ویفرهای با کیفیت بالایی را ارائه دهیم که نیازهای در حال تحول صنعت انرژی خورشیدی را برآورده می کند.

اگر برای تولید سلول های PV خود در بازار ویفرهای سیلیکون هستید ، دوست داریم با شما گفتگو کنیم. تیم متخصصان ما می توانند اطلاعات مفصلی در مورد محصولات ما در اختیار شما قرار دهند و به شما در یافتن بهترین راه حل برای نیازهای خاص خود کمک کنند. برای شروع بحث تهیه و پروژه های انرژی خورشیدی خود را به سطح بعدی با ما تماس بگیرید.

منابع

• "سلولهای خورشیدی: مواد ، تولید و بهره برداری" توسط جان نلسون
• "مهندسی سیستم های فتوولتائیک" توسط Ja Duffie و Wa Beckman
• مجموعه مقالات کنفرانس جهانی IEEE در مورد تبدیل انرژی فتوولتائیک