태양 전지

태양전지는 결정질 실리콘과 비정질 실리콘으로 나뉘며, 그 중 결정질 실리콘 전지는 단결정 전지와 다결정 전지로 더 나뉜다. 단결정 실리콘의 효율은 결정질 실리콘과 다르다.

분류:

중국에서 일반적으로 사용되는 태양 전지 결정질 실리콘 전지는 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

단결정 125*125

단결정 156*156

다결정 156*156

단결정 150*150

단결정 103*103

다결정 125*125

제조 공정:

태양 전지 생산 공정은 실리콘 웨이퍼 검사 - 표면 텍스처링 및 산세척 - 확산 접합 - 실리콘 유리 탈인 - 플라즈마 에칭 및 산세척 - 반사 방지 코팅 - 스크린 인쇄 - 급속 소결 등으로 나뉩니다. 자세한 내용은 다음과 같습니다.

1. 실리콘 웨이퍼 검사

실리콘 웨이퍼는 태양 전지의 캐리어이며, 실리콘 웨이퍼의 품질은 태양 전지의 변환 효율을 직접적으로 결정합니다. 따라서 입고되는 실리콘 웨이퍼를 검사하는 것이 필수적입니다. 이 프로세스는 주로 실리콘 웨이퍼의 일부 기술적 매개변수를 온라인으로 측정하는 데 사용되며, 이러한 매개변수에는 주로 웨이퍼 표면 요철, 소수 캐리어 수명, 저항률, P/N 유형 및 미세 균열 등이 포함됩니다. 이 장비 그룹은 자동 로딩 및 언로딩, 실리콘 웨이퍼 이송, 시스템 통합 파트, 그리고 네 가지 감지 모듈로 구분됩니다. 태양광 실리콘 웨이퍼 검출기는 실리콘 웨이퍼 표면의 요철을 감지하는 동시에 실리콘 웨이퍼의 크기 및 대각선과 같은 외관 매개변수를 감지합니다. 미세 균열 검출 모듈은 실리콘 웨이퍼의 내부 미세 균열을 감지하는 데 사용됩니다. 또한, 두 가지 감지 모듈이 있습니다. 온라인 테스트 모듈 중 하나는 주로 실리콘 웨이퍼의 벌크 저항률 및 실리콘 웨이퍼 유형을 테스트하는 데 사용되고, 다른 모듈은 실리콘 웨이퍼의 소수 캐리어 수명을 감지하는 데 사용됩니다. 소수 캐리어 수명 및 저항률 검출에 앞서, 실리콘 웨이퍼의 대각선 및 미세 균열을 검출하고 손상된 실리콘 웨이퍼를 자동으로 제거하는 것이 필수적입니다. 실리콘 웨이퍼 검사 장비는 웨이퍼를 자동으로 로딩 및 언로딩하고, 부적합 제품을 고정된 위치에 배치하여 검사 정확도와 효율성을 향상시킵니다.

2. 표면 질감

단결정 실리콘 텍스처의 제조는 실리콘의 이방성 에칭을 이용하여 실리콘 1제곱센티미터당 수백만 개의 사면체 피라미드, 즉 피라미드 구조를 형성하는 것입니다. 표면에서 입사광이 다중 반사 및 굴절되어 빛의 흡수가 증가하고 단락 전류와 배터리의 변환 효율이 향상됩니다. 실리콘의 이방성 에칭 용액은 일반적으로 고온 알칼리 용액입니다. 사용 가능한 알칼리로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 에틸렌디아민이 있습니다. 대부분의 스웨이드 실리콘은 약 1% 농도의 저렴한 수산화나트륨 희석 용액을 사용하여 제조되며, 에칭 온도는 70~85°C입니다. 균일한 스웨이드를 얻기 위해 에탄올이나 이소프로판올과 같은 알코올을 착화제로 용액에 첨가하여 실리콘의 부식을 촉진해야 합니다. 스웨이드를 준비하기 전에 실리콘 웨이퍼를 예비 표면 에칭해야 하며, 알칼리성 또는 산성 에칭 용액으로 약 20~25μm 두께를 에칭해야 합니다. 스웨이드 에칭 후에는 일반적인 화학 세척을 실시합니다. 표면 처리된 실리콘 웨이퍼는 오염을 방지하기 위해 장기간 물에 보관해서는 안 되며, 가능한 한 빨리 확산 처리해야 합니다.

3. 확산 매듭

태양전지는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해 대면적 PN 접합이 필요하며, 확산로는 태양전지의 PN 접합을 제조하는 특수 장비입니다. 관형 확산로는 주로 석영 보트의 상부와 하부, 배기가스 챔버, 노 본체, 가스 캐비닛의 네 부분으로 구성됩니다. 확산은 일반적으로 옥시염화인을 확산원으로 사용합니다. P형 실리콘 웨이퍼를 관형 확산로의 석영 용기에 넣고, 질소를 사용하여 850~900℃의 고온에서 옥시염화인을 석영 용기에 넣습니다. 옥시염화인은 실리콘 웨이퍼와 반응하여 인 원자를 얻습니다. 일정 시간이 지나면 인 원자가 실리콘 웨이퍼의 사방에서 표면층으로 침투하여 실리콘 원자 사이의 틈을 통해 실리콘 웨이퍼 내부로 침투 및 확산되어 N형 반도체와 P형 반도체 사이의 계면, 즉 PN 접합을 형성합니다. 이 방법으로 제조된 PN 접합은 균일성이 우수하고, 면저항 불균일도는 10% 미만이며, 소수 캐리어 수명은 10ms 이상입니다. PN 접합 제조는 태양전지 제조에서 가장 기본적이고 중요한 공정입니다. PN 접합이 형성되면 전자와 정공이 흐른 후 원래 위치로 돌아가지 않아 전류가 생성되고, 이 전류는 직류인 전선을 통해 인출됩니다.

4. 탈인산화 규산염 유리

이 공정은 태양 전지 생산 공정에 사용됩니다. 화학적 에칭을 통해 실리콘 웨이퍼를 불산 용액에 담가 화학 반응을 일으켜 가용성 복합 화합물인 헥사플루오로실리식산을 생성하여 확산 시스템을 제거합니다. 접합 후 실리콘 웨이퍼 표면에 인산규산 유리 층이 형성됩니다. 확산 과정에서 POCL3는 O2와 반응하여 P2O5를 형성하고, 이는 실리콘 웨이퍼 표면에 증착됩니다. P2O5는 Si와 반응하여 SiO2와 인 원자를 생성합니다. 이렇게 하여 인 원소를 포함하는 SiO2 층이 실리콘 웨이퍼 표면에 형성되며, 이를 인산규산 유리라고 합니다. 인산규산 유리 제거 장비는 일반적으로 본체, 세척 탱크, 서보 구동 시스템, 기계식 암, 전기 제어 시스템 및 자동 산 분배 시스템으로 구성됩니다. 주요 전원은 불산, 질소, 압축 공기, 순수, 열 배출 바람 및 폐수입니다. 불산은 실리카와 반응하여 휘발성 사불화규소 가스를 생성하기 때문에 실리카를 용해합니다. 불산이 과량으로 존재하면, 반응으로 생성된 사불화규소가 불산과 추가로 반응하여 가용성 복합체인 육불화규소산을 형성합니다.

5. 플라즈마 에칭

확산 공정 중, 백투백 확산을 채택하더라도 인은 실리콘 웨이퍼의 가장자리를 포함한 모든 표면에 필연적으로 확산됩니다. PN 접합 전면에 모인 광생성 전자는 인이 PN 접합 후면으로 확산되는 가장자리 영역을 따라 흐르면서 단락을 유발합니다. 따라서 태양 전지 주변의 도핑된 실리콘을 식각하여 셀 가장자리의 PN 접합을 제거해야 합니다. 이 공정은 일반적으로 플라즈마 식각 기술을 사용하여 수행됩니다. 플라즈마 식각은 저압 상태에서 반응성 가스 CF4의 모 분자가 무선 주파수 전력에 의해 여기되어 이온화를 일으키고 플라즈마를 형성합니다. 플라즈마는 하전된 전자와 이온으로 구성됩니다. 전자의 충격으로 반응 챔버 내의 가스는 에너지를 흡수하여 이온으로 변환될 뿐만 아니라 많은 활성기를 형성할 수 있습니다. 활성 반응성 그룹은 확산이나 전기장의 작용으로 인해 SiO2 표면에 도달하여 에칭될 재료의 표면과 화학적으로 반응하고, 에칭될 재료의 표면에서 분리되는 휘발성 반응 생성물을 형성하며, 진공 시스템에 의해 캐비티에서 펌핑됩니다.

6. 반사 방지 코팅

연마된 실리콘 표면의 반사율은 35%입니다. 표면 반사를 줄이고 셀의 변환 효율을 향상시키려면 질화규소 반사 방지막 층을 증착해야 합니다. 산업 생산에서는 반사 방지막을 제조하기 위해 PECVD 장비가 자주 사용됩니다. PECVD는 플라즈마 강화 화학 기상 증착입니다. 그 기술적 원리는 저온 플라즈마를 에너지원으로 사용하고, 샘플을 저압에서 글로우 방전의 음극에 놓고, 글로우 방전을 사용하여 샘플을 미리 정해진 온도로 가열한 다음, 적절한 양의 반응성 가스인 SiH4와 NH3를 도입하는 것입니다. 일련의 화학 반응과 플라즈마 반응 후, 고체 상태의 막, 즉 질화규소 막이 샘플 표면에 형성됩니다. 일반적으로 이 플라즈마 강화 화학 기상 증착법으로 증착된 막의 두께는 약 70nm입니다. 이 두께의 막은 광학적 기능을 갖습니다. 박막 간섭 원리를 이용하면 빛의 반사를 대폭 줄이고, 배터리의 단락 전류와 출력을 대폭 증가시키며, 효율도 대폭 향상됩니다.

7. 실크스크린 인쇄

태양 전지가 텍스처링, 확산 및 PECVD 공정을 거친 후 PN 접합이 형성되어 조명 하에서 전류를 생성할 수 있습니다. 생성된 전류를 내보내기 위해 배터리 표면에 양극과 음극을 만들어야 합니다. 전극을 만드는 방법은 여러 가지가 있으며 스크린 인쇄는 태양 전지 전극을 만드는 가장 일반적인 생산 공정입니다. 스크린 인쇄는 엠보싱을 통해 기판에 미리 정해진 패턴을 인쇄하는 것입니다. 장비는 배터리 뒷면의 은-알루미늄 페이스트 인쇄, 배터리 뒷면의 알루미늄 페이스트 인쇄, 배터리 앞면의 은-페이스트 인쇄의 세 부분으로 구성됩니다. 작동 원리는 스크린 패턴의 메시를 사용하여 슬러리를 침투시키고 스크레이퍼로 스크린의 슬러리 부분에 일정한 압력을 가하고 동시에 스크린의 다른 쪽 끝으로 이동하는 것입니다. 잉크는 스퀴지가 움직이면서 그래픽 부분의 메시에서 기판으로 짜여집니다. 페이스트의 점성 효과로 인해 임프린트는 일정 범위 내에 고정되고, 스퀴지는 인쇄 중에 항상 스크린 인쇄판과 기판과 선형 접촉하며 접촉선은 스퀴지의 움직임에 따라 이동하여 인쇄 스트로크를 완료합니다.

8. 빠른 소결

스크린 인쇄된 실리콘 웨이퍼는 직접 사용할 수 없습니다. 소결로에서 빠르게 소결하여 유기 수지 바인더를 태워 제거해야 하며, 유리의 작용으로 실리콘 웨이퍼에 거의 순은 전극이 밀착됩니다. 은 전극과 결정질 실리콘의 온도가 공융 온도에 도달하면, 결정질 실리콘 원자가 용융된 은 전극 재료에 일정 비율로 결합되어 상하 전극의 오믹 접촉을 형성하고, 셀의 개방 회로 전압과 충진율을 향상시킵니다. 핵심은 셀의 변환 효율을 향상시키기 위해 저항 특성을 갖는 것입니다.

소결로는 예비 소결, 소결, 냉각의 세 단계로 나뉩니다. 예비 소결 단계는 슬러리 속의 고분자 바인더를 분해하고 연소시키는 단계이며, 이 단계에서 온도는 서서히 상승합니다. 소결 단계에서는 소결체 내에서 다양한 물리 및 화학 반응이 완료되어 저항막 구조를 형성하여 진정한 저항성을 갖게 됩니다. 이 단계에서 온도가 최고점에 도달합니다. 냉각 및 냉각 단계에서는 유리가 냉각, 경화, 응고되어 저항막 구조가 기판에 단단히 부착됩니다.

9. 주변기기

전지 생산 공정에는 전원 공급, 전력, 급수, 배수, HVAC, 진공 및 특수 증기와 같은 주변 시설도 필요합니다.소방 및 환경 보호 장비도 안전과 지속 가능한 개발을 보장하는 데 특히 중요합니다.연간 생산량이 50MW인 태양 전지 생산 라인의 경우 공정 및 전력 장비의 전력 소비량만 약 1800KW입니다.공정 순수의 양은 시간당 약 15톤이며 수질 요구 사항은 중국 전자급 수질 GB/T11446.1-1997의 EW-1 기술 표준을 충족합니다.공정 냉각수의 양도 시간당 약 15톤이며 수질의 입자 크기는 10마이크론을 초과해서는 안 되며 급수 온도는 15-20°C여야 합니다.진공 배기량은 약 300M3/H입니다.동시에 약 20m3의 질소 저장 탱크와 10m3의 산소 저장 탱크도 필요합니다. 실란 등 특수 가스의 안전 요소를 고려할 때, 생산 안전을 완벽하게 보장하기 위해 전용 가스실을 마련하는 것이 필수적입니다. 또한, 실란 연소탑과 폐수 처리장 또한 셀 생산에 필수적인 시설입니다.