منبع: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
توسط Mehul C. Raval و Sukumar Madugula Reddy
ارسال شده: 4 اکتبر 2018 بازبینی شده: 29 ژانویه 2019 انتشار: 15 مه 2019
DOI: 10.5772 / intechopen.84817
چکیده
در این فصل ، فناوری های تولید سلول خورشیدی سیلیکونی صنعتی با وضعیت فعلی معرفی می شود. ساختارهای سلول خورشیدی نوع P و بازده بالا از نوع n مورد بحث و مقایسه قرار می گیرند تا خواننده بتواند در سلول های خورشیدی صنعتی شروع به کار کند. یک نمای کلی اجمالی از مراحل مختلف فرآیند از بافت تا فلزی چاپ شده روی صفحه ارائه شده است. فرایندهای بافت ویفرهای سیلیکون تک کریستالی و چند بلوری با آخرین فرآیند ها بررسی شده است. نمای بیش از حد از فرآیندهای حرارتی انتشار و رسوب پوشش ضد بازتاب ارائه شده است. فرآیند کاملاً ثابت چاپ صفحه برای فلزاسیون سلول خورشیدی با مرحله شلیک سریع برای پخت مخاطبین معرفی می شود. آزمایش IV سلول های خورشیدی با پارامترهای مختلف برای خصوصیات سلول خورشیدی معرفی شده است. آخرین تحولات در فرآیندهای مختلف و ساخت تجهیزات نیز همراه با روند آینده مورد انتظار بحث شده است.
کلید واژه ها
سیلیکون
سلول های خورشیدی
تولید
چند بلورین
تک بلوری
بافت
1. مقدمه
فتوولتائیک یک منبع مهم انرژی تجدیدپذیر است که به سرعت از 8GW در 2007 به 400GW در 2017 رشد کرده است [1]. همزمان با افزایش تقاضا ، هزینه سیستم سیستم PV نیز با سرعت بخشیدن به تصویب آن ، از 35.7 $ / Wpin 1980 به 0.34 $ / Wpin 2017 کاهش یافته است [2]. سیلیسیم (Si) که ماده مهمی در صنعت میکروالکترونیک است همچنین از دهه 1950 با استفاده از سهم بازار> ؛ 90٪ [2] به عنوان ماده فله ای گسترده سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار گرفته است. در این فصل مراحل معمول تولید سلولهای خورشیدی سیلیکونی تجاری معرفی خواهد شد. تاریخچه مختصری از سلولهای خورشیدی و مشاهده بیش از حد نوع بسترهای سیلیکونی همراه با ساختار سلولهای خورشیدی متفاوت در بخشهای 2 و 3 معرفی می شود. پس از آن ، مراحل شیمی مرطوب و درجه حرارت بالا مورد استفاده در ساخت در بخشها شرح داده می شود 4 و 5. بخش 6 در مورد فرآیند فلزسازی همراه با پارامترهای مشخصه مشخص برای سلول های خورشیدی تجاری بحث خواهد کرد. سرانجام ، نقشه راه آینده و روندهای مورد انتظار در بخش خاتمه مورد بحث قرار خواهد گرفت.
2. تکامل سلول های خورشیدی
"اثر فتوولتائیک" به معنای واقعی کلمه به معنای تولید ولتاژ هنگام قرار گرفتن در معرض نور است. این پدیده اولین بار توسط فیزیکدان فرانسوی ادموند بکرل در سال 1839 بر روی یک سلول الکتروشیمیایی مشاهده شد ، در حالی که توسط دانشمندان انگلیسی WGAdams و REDay در یک دستگاه حالت جامد ساخته شده از سلنیوم در سال 1876 مشاهده شد [3]. از دهه 1950 به بعد ، پیشرفت سریعی در عملکرد سلولهای خورشیدی تجاری از< ؛ 1٪ به>؛ 23٪ [2] و سیلیکون به عنوان اسب کار صنعت فتوولتائیک به وجود آمده است. سپس. تکامل سلولهای خورشیدی سیلیکونی در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1. تکامل سلولهای خورشیدی سیلیکونی. (الف) 1941: سلول خورشیدی گزارش شده با محل اتصال بزرگ سطح بافت شیمیایی [3].
اولین سلولهای خورشیدی سیلیکونی که توسط راسل اول از آزمایشگاههای بل در طی دهه 1940 نشان داده شد ، بر اساس اتصالات طبیعی تشکیل شده از تفکیک ناخالصی در طی فرآیند تبلور مجدد بود [3]. سلول ها به دلیل عدم کنترل محل اتصال و کیفیت مواد سیلیکونی ، بازدهی< داشتند ؛ 1٪. نامگذاری مناطق (نوع p: سمت روشنایی و نوع n: سمت دیگر) که توسط Ohl ارائه شده است از آن زمان برای کنوانسیون نامگذاری سلول های خورشیدی استفاده می شود.
در طی دهه 1950 ، در فرآیند انتشار در دمای بالا برای دوپانت های موجود در سیلیکون ، توسعه سریعی ایجاد شد. پرسون ، فولر و چاپلین از آزمایشگاه های بل یک سلول خورشیدی 4.5٪ کارآمد با دوپینگ مبتنی بر لیتیوم را نشان دادند که با انتشار بور به 6٪ بهبود یافت. سلول خورشیدی دارای یک "بسته بندی" در اطراف ساختار بود (شکل 1 (ب)) برای جلوگیری از از بین رفتن سایه زنی ، هر دو تماس را در قسمت پشتی خود داشته باشید ، اما به دلیل ساختار پیچشی منجر به از دست دادن مقاومت بالاتر می شود. در سال 1960 ، ساختار سلول به همان شکلی تبدیل شد که در شکل نشان داده شده استشکل 1 (ج). از آنجا که این برنامه برای اکتشافات فضایی بود ، از بستر مقاومت بالا 10Ω سانتی متر برای داشتن حداکثر مقاومت در برابر تابش استفاده شد. از تماس های تبخیری خلا در هر دو طرف استفاده شد ، در حالی که یک پوشش مونوکسید سیلیکون به عنوان یک پوشش ضد بازتاب (ARC) در قسمت جلویی (FS) استفاده شد [3].
در اوایل دهه 1970 مشخص شد که پخت آلومینیوم در قسمت عقب با تشکیل یک رابط به شدت دوپ شده معروف به "میدان سطح پشت (Al-BSF)" و جذب ناخالصی ها عملکرد سلول را بهبود می بخشد [3] Al-BSF ترکیبی از حامل های سمت عقب را کاهش می دهد و از این رو ولتاژ و پاسخ طیفی با طول موج طولانی را بهبود می بخشد. اجرای انگشتان ریزتر و فاصله نزدیک باعث کاهش دوپینگ محل اتصال و از بین رفتن لایه مرده می شود. ARC دی اکسید تیتانیوم (TiO)x) استفاده شد و ضخامت آن برای کاهش بازتاب طول موج کوتاهتر انتخاب شد و به سلولهای خورشیدی ظاهری بنفش داد. بهبود بیشتر با بافت ویفرها با استفاده از قلم ناهمسانگرد (100) ویفر برای نشان دادن (111) سطح انجام شد. این بافت منجر به بهبود دام انداختن نور و ظاهر مخملی تیره به سلولها می شود. معماری سلول بهبود یافته در نشان داده شده استشکل 1 (د). در سال 1976 ، ریتنر و آرندت سلولهای خورشیدی زمینی را با کارایی نزدیک به 17 درصد نشان دادند [3].
سلول خورشیدی ساطع کننده منفعل (PESC) در 1984-1986 به بازدهی 20٪ دست یافت. سطح تماس فلز / سیلیکون در سلولهای PESC فقط 0.3٪ بود ، در حالی که یک ARC دو لایه از ZnS / MgF2در هر دو ساختار سلول استفاده شد. در سال 1994 ، سلول های منتشر کننده انتشار پراکنده داخلی (PERL) با بازده 24٪ نشان داده شد [3] در مقایسه با سلول PESC ، سلول PERL هرمهای معکوس در FS برای انعطاف پذیری بهتر نور و انفعال مبتنی بر اکسید در هر دو طرف داشت. لایه انفعال اکسید در سمت عقب نیز بازتاب داخلی طول موج طولانی و از این رو پاسخ طیف را بهبود می بخشد.
علاوه بر معماری های در حال تکامل سلول خورشیدی ، در زمینه تولید از نظر افزایش توان عملیاتی ، مراحل مراحل بهبود یافته و کاهش هزینه ها نیز توسعه مداوم وجود داشته است. در بخش بعدی ، نمای اجمالی مختصری از ساخت لایه های Si و انواع مختلف سلول های خورشیدی آورده شده است.
3. فناوری های سلول خورشیدی سیلیکونی تجاری
Si بعد از اکسیژن دومین ماده فراوان روی زمین است و به طور گسترده ای در صنعت نیمه هادی مورد استفاده قرار گرفته است. سیلیسیم درجه متالورژی (Mg-Si) خلوص 98٪ با حرارت دادن کوارتز (SiO2) با کربن در دمای بالا 1500-2000 بدست می آید [4]. Mg-Si بیشتر تصفیه می شود تا تکه های سیلیکون درجه خلوص 99.99٪ را بدست آورید. سپس تکه های Si درجه تصفیه شده خورشیدی برای پردازش بیشتر پردازش می شوند تا فرمهای تک بلوری و چند بلوری شمش Si ، که توده بزرگی از سیلیسیم هستند ، بدست آید. در Si تک بلوری ، اتمها با جهت گیری بلوری یکسان در سرتاسر مواد مرتب شده اند. برای سلول های خورشیدی ، جهت گیری (100) ترجیح داده می شود زیرا می توان به راحتی بافت آن را کاهش داد تا بازتاب سطح را کاهش دهد [5]. همانطور که از نام آن پیداست ، چند بلوری ، برخلاف بسترهای تک بلوری ، دارای دانه های مختلفی از ماده Si با جهت گیری های مختلف است. مواد تک بلوری در مقایسه با Si چند بلوری و در نتیجه بازده سلول خورشیدی بالاتر برای یک فناوری سلول خورشیدی دارای طول عمر حامل اقلیت بالاتری هستند.
روش Czochralski (Cz) برای ساخت شمش Si تک بلوری در شکل 2 (a) نشان داده شده است. سیلیکون مذاب با خلوص بالا با دوپانت در بالای نقطه ذوب حفظ می شود و سپس یک کریستال بذر با سرعت بسیار آهسته کشیده می شود تا شمعی به قطر 300 میلی متر و طول 2 متر بدست آید [6]. سیلیکون مذاب را می توان با دوپانت نوع p یا نوع n دوپ کرد تا نوع خاصی از شمش Si تک بلوری تا 200 کیلوگرم بدست آورد [2]. ویفرهای اره شده از شمش دارای لبه های دایره ای هستند و از این رو شکل آن را "مربع psuedo" می نامند. شمش های سیلیکون چند کریستالی با ذوب شدن خلوص بالا Si و تبلور آنها در یک بوته بزرگ توسط فرآیند انجماد جهت دار [7] ساخته می شوند همانطور که در شکل 2 (ب) نشان داده شده است. این فرآیند مانند فرآیند Cz جهت گیری کریستال مرجع ندارد و از این رو مواد سیلیکونی را از جهت های مختلف تشکیل می دهد. در حال حاضر شمش های چند بلوری Si> ؛ 800 کیلوگرم [2] وزن دارند که سپس به صورت آجر برش داده می شوند و ویفرها بیشتر بریده می شوند.
اندازه ویفرهای تک بلوری و چند بلوری برای ساخت سلول های خورشیدی 6 اینچ × 6 اینچ است. مساحت ویفرهای تک بلوری به دلیل شکل مربع شبه کمی کمتر خواهد بود. بیشترین استفاده از مواد پایه برای ساخت سلول های خورشیدی ، لایه های Si از نوع p دوپ شده است. بسترهای نوع N نیز برای ساخت سلول های خورشیدی با بازده بالا مورد استفاده قرار می گیرند ، اما چالش های فنی اضافی مانند به دست آوردن دوپینگ یکنواخت در امتداد شمش در مقایسه با بسترهای نوع p دارند.
شکل 2. تشریح (الف) فرایند Cz برای شمش های تک بلوری و (ب) فرآیند انجماد جهت دار برای شمش های چند بلوری.
طبقه بندی گسترده ای از انواع مختلف سلولهای خورشیدی همراه با بازه های راندمان در شکل 3 نشان داده شده است. این امر بر اساس رسوب Al به سمت عقب (RS) کامل توسط فرآیند چاپ روی صفحه و تشکیل ap + BSF است که به دفع الکترونها از قسمت پشتی بستر نوع p و بهبود عملکرد سلول کمک می کند. جریان تولید سلولهای خورشیدی Al-BSF در شکل 4 نشان داده شده است. طراحی استاندارد سلولهای خورشیدی تجاری با الگوی شبکه FS و سطح تماس کامل RS است.
شکل 3. طبقه بندی گسترده ای از انواع مختلف سلول خورشیدی.
شکل 4. جریان تولید سلول های خورشیدی Al-BSF.
سلول خورشیدی ساطع کننده غیرفعال منفعل (PERC) با افزودن لایه انفعال سمت عقب ، ساختار Al-BSF را بهبود می بخشد تا انفعال داخلی و بازتاب داخلی را بهبود بخشد. اکسید آلومینیوم ماده ای مناسب برای فعال سازی غیرفعال RS با متوسط بازده سلول خورشیدی نزدیک به 21 درصد حاصل در تولید است8] یک خط سلول خورشیدی Al-BSF موجود را می توان با دو ابزار اضافی (رسوب لایه غیرفعال RS و لیزر برای باز شدن تماس موضعی روی RS) به فرآیند PERC ارتقا داد.
سه معماری باقیمانده سلولها عمدتا فناوریهای کارایی بالاتر مبتنی بر بسترهای Si از نوع n هستند. سلول خورشیدی heterojunction a-Si دارای لایه های Si بر روی FS و RS بستر نوع n است تا برخلاف اتصال pn مبتنی بر انتشار با درجه حرارت بالا "اتصالات ناهمگن" را ایجاد کند. چنین فناوری اجازه پردازش در دماهای پایین را می دهد ، اما به کیفیت رابط های سطح بسیار حساس است. سلول خورشیدی heterojunction مبتنی بر Si توسط شرکت سانیو الکتریک به صورت تجاری تولید شد که اکنون توسط پاناسونیک تحویل گرفته شده است [9]. در طراحی سلول خورشیدی با تماس برگشتی (IBC) ، هر دو تماس در قسمت عقب وجود دارند و تلفات سایه تماس FS را از بین می برند. به طور معمول برای سلول های خورشیدی IBC ، محل اتصال در سمت عقب نیز واقع خواهد شد. یکی از اولین تولیدکنندگان سلول خورشیدی IBC با کارایی بالا ، شرکت SunPower است [10]. سلولهای دو طرفه ، همانطور که از نامش پیداست ، می توانند نور دو طرف سلولهای خورشیدی را بگیرند. این مستلزم آن است که قسمت عقب نیز دارای یک تماس الگوی شبکه برای امکان جمع آوری نور است. نمونه ای از فناوری دو طرفه سلول خورشیدی BiSON است که توسط ISC ، Konstanz تولید و تجاری شده است [11]. لازم به ذکر است که طبقه بندی مشخص شده لیست کاملی از انواع مختلف دیگر معماری سلول خورشیدی نیست که در فاز R& ؛ D ، نزدیک به تجاری سازی یا در حال ساخت باشد. بخشهای بعدی نمای كامل مراحل تولید سلولهای خورشیدی Al-BSF را ارائه می دهند.
4- فرآیندهای شیمی مرطوب برای ساخت سلول خورشیدی
درمان مبتنی بر شیمی مرطوب گام مهمی در پردازش سلول خورشیدی برای از بین بردن آسیب دیدگی اره (SDR) برای ویفرهای برش خورده ، بافت سطح برای افزایش جذب تابش خورشیدی ورودی و جداسازی لبه پس از فرآیند انتشار است. همانطور که در بخش قبلی بحث شد ، ویفرهای سیلیکونی تک بلوری و چند بلوری وجود دارد که برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شود. فرآیند مبتنی بر شیمی مرطوب برای انواع ویفرهای مربوطه در آینده بحث خواهد شد.
4.1 بافت ویفرهای سیلیکون تک کریستالی
همانطور که در بخش 2 نشان داده شده است ، توسعه سلول های خورشیدی در درجه اول با ویفرهای تک بلوری آغاز شده و از این رو روش های کاملاً مستقر از حوزه میکروالکترونیک را به کار گرفته است. از اچ ناهمسانگرد قلیایی بر اساس KOH / NaOH برای بافت هرمی ویفرهای تک بلوری استفاده می شود. ویفر تک بلوری برش خورده دارای بازتاب متوسط وزنی> ؛ 30٪ (بیش از موج 300-1200nm) است که پس از فرایند بافت به 12-12٪ کاهش می یابد. در شکل 5 مورفولوژی معمولی یک سطح بافت قلیایی نشان داده شده است. 100) چهره این منجر به تشکیل ساختارهای هرمی تصادفی می شود که نسبت به سطح ویفر زاویه 7/54 درجه تشکیل می دهند.
شکل 5. شکل گیری سطح معمولی یک ویفر تک بلوری بافت قلیایی.
پارامترهای معمولی برای فرایند بافت قلیایی در جدول 1 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که مقادیر پارامترهای مختلف نشانگر هستند و به دلیل وجود انواع تولیدکننده های افزودنی در بازار ، مطلق در نظر گرفته نمی شوند. ایزوپروپیل الکل (IPA) در ابتدا به عنوان یک افزودنی در محلول بافت استفاده شد ، که در واکنش اچ نقش ندارد ، اما به عنوان یک ماده مرطوب کننده برای جلوگیری از چسبیدن حباب های H2 حباب (تولید شده در هنگام واکنش) به عنوان یک ماده خیس کننده عمل می کند. سطح سیلیکون [12]. با این حال ، تا سال 2010 ، به دلیل اشکالاتی مانند غلظت ناپایدار ، IPA به تدریج با افزودنی های جایگزین جایگزین شد ، زیرا دمای حمام نزدیک به نقطه جوش IPA (4/82 درجه سانتیگراد) ، هزینه های زیاد ، مصرف زیاد ، خطرات بهداشتی و انفجاری است [12]. بسیاری از گروه ها برای غلبه بر مضرات IPA ، افزایش پنجره فرآیند و کاهش بازتاب سطح ، کار توسعه را برای جایگزینی IPA با افزودنی های جایگزین منتشر کرده اند. [12،13،14،15،16] مواد افزودنی همچنین زمان پردازش را به< ؛ 10 دقیقه کاهش می دهند و عمر حمام را به> ؛ 100 اجرا می رسانند.
روند
KOH / IPA
KOH / افزودنی
KOH (٪) | 3 | & lt ؛ 3 |
IPA (٪) | 6 | — |
افزودنی (٪) | — | & lt ؛ 2 |
دمای فرآیند [° C] | & gt ؛ 80 | 70–100 |
اندازه هرم [μm] | 5–12 | 2–7 |
زمان پردازش [دقیقه] | 30–40 | 5–10 |
محتوای ارگانیک [درصد وزنی] | 4–10 | & lt ؛ 1.0 |
نقطه جوش [° C] | 83 | & gt ؛ 100 |
طول عمر حمام | & lt ؛ 15 | & gt ؛ 100 |
جدول 1. پارامترهای فرآیند بافت قلیایی مبتنی بر IPA و افزودنی ویفرهای تک بلوری.
روند بافت ویفرهای تک بلوری به طور معمول در یک "دسته" انجام می شود که بدین معنی است که ویفرها در یک حامل با شکاف هایی برای نگهداری ویفرها (100 اسلات در یک حامل) بارگیری می شوند و سپس دسته به ترتیب در حمام ها پردازش می شوند مراحل بافت ، تمیز کردن ، مراحل درمان برای از بین بردن باقیمانده آلی و آلودگی فلز و خشک کردن ویفرهای فرآوری شده. حامل ها معمولاً با PVDF پوشانده می شوند که مقاومت بسیار خوبی در برابر مواد شیمیایی مختلف ، سایش و سایش مکانیکی دارند. حامل نمونه ای برای کار با ویفرهای تک کریستالی در شکل 6 نشان داده شده است. این ابزار بسیاری از حامل ها را به طور همزمان پردازش می کند و می تواند با پردازش همزمان چهار حامل به توان تولیدی> ؛ 6000 ویفر در ساعت برسد.
شکل 6. حامل های بارگیری ویفر در ابزار دسته ای. منبع: RCT Solutions GmbH.
4.2 بافت ویفرهای سیلیکون چند کریستالی
ویفرهای چند کریستالی در مقایسه با ویفرهای تک بلوری یک مزیت هزینه دارند و از این رو به طور گسترده تری پذیرفته شده اند. با این حال ، شیمی قلیایی مورد استفاده برای بافت ویفرهای تک بلوری به دلیل وجود جهت گیری های مختلف دانه برای ویفرهای چند بلوری به خوبی کار نمی کند. یک شیمی اسیدی جایگزین مبتنی بر HF و HNO3 برای از بین بردن آسیب دیدگی اره و بافت ویفرهای چند کریستالی به طور همزمان ایجاد شد [17،18]. بافت مبتنی بر محلول اسیدی در دمای زیر دمای اتاق کار می کند و از این رو منجر به کاهش انتشار گاز واکنش ، تولید گرمای کم ، پایداری بیشتر محلول اچ و کنترل بهتر سرعت اچ می شود [18]. مقایسه بافت قلیایی و فرآیند بافت اسیدی برای ویفرهای چند کریستالی در شکل 7 نشان داده شده است.
شکل 7. مقایسه بافت قلیایی و اسیدی ویفرهای چند بلوری. منحنی های بازتاب پس از رسوب SiNx: H نیز برای مقایسه نشان داده شده است [17].
فرآیند بافت اسیدی ویفر چند کریستالی را می توان در زمان قابل توجهی کاهش یافته نسبت به فرآیند بافت قلیایی انجام داد و از این رو می توان آن را در یک پیکربندی "درون خطی" که ویفرها از طریق غلتک های غوطه ور در حمام اچ عبور داده می شود ، اجرا کرد. یک تصویر نماینده از یک فرآیند درون خطی همراه با فرآیند بافت اسیدی معمولی در شکل 8 نشان داده شده است. برای یک پیکربندی پنج خطه ، ابزار درون خطی می تواند تا 4000 ویفر در ساعت داشته باشد. توجه به این نکته مهم است که سطح ویفر رو به پایین در محلول اچ دارای بافت بهتر از قسمت بالایی است و برای پردازش بیشتر "سمت آفتابی" است. روند بافت اسیدی منجر به تشکیل سیلیکون متخلخل بر روی سطح بافت می شود که نور را جذب می کند و همچنین ترکیب مجدد سطح را افزایش می دهد [18]. از این رو سیلیسیم متخلخل با استفاده از محلول قلیایی رقیق حذف می شود. پس از آن ، یک پاک کننده اسیدی (HF + HCl) برای از بین بردن اکسیدها و آلودگی فلزات از سطح ویفر انجام می شود.
شکل 8. (الف) فرآیند خطی نماینده با پنج خط و (ب) جریان فرآیند بافت اسیدی برای ویفرهای چند کریستالی.
توجه به این نکته مهم است که فرایند بافت اسیدی که در بالا بحث شد برای ویفرهای چند کریستالی سیم اره شده (SWS) مناسب است. در چند سال گذشته ، روند اره برش سیم الماس (DWS) به دلیل فرایند و مزایای اقتصادی جایگزین برش مبتنی بر سیم دوغاب شده است [19]. آسیب دیدگی ویفرهای چند کریستالی SWS بیشتر از ویفرهای DWS است که دارای شیارهای عمیق مستقیم و سطح بسیار نرم تری نسبت به ویفرهای اره شده با سیم دوغاب هستند [19]. آسیب دیدگی اره برای ویفرهای SWS نقش مهمی در شروع فرآیند بافت دارد ، که برای ویفرهای DWS رخ نمی دهد.
روشهای مختلفی برای بافت ویفرهای چند بلوری DWS ارائه شده است و در جدول 2 خلاصه می شود [20]. با تنظیم روش های مختلف ، بازتاب تقریباً 0٪ را می توان بدست آورد و از این رو اصطلاح "سیلیکون سیاه" برای فرآیند بافت ویفرهای چند بلوری DWS استفاده شده است. RIE اولین روش ساخت سیلیکون سیاه بود و از هگزافلوراید گوگرد (SF6) برای واکنش با Si و گازهایی مانند Cl2 و O2 برای منفعل سازی و محدود کردن واکنش استفاده می کند [20]. اخیراً سلولهای خورشیدی تجاری چند PERC با بازده متوسط 3/21 درصد با فرآیند بافت مبتنی بر RIE نشان داده شده اند [21]. با این حال ، از آنجا که RIE یک فرآیند مبتنی بر خلا است ، در مقایسه با یک فرآیند خطی معمولی ، توان کم است و همچنین برای از بین بردن آسیب اره و آسیب ناشی از بمباران یونی ، به ترتیب پیش پردازش و پس از پردازش اضافی مورد نیاز است. نسخه ای از روش RIE که به خلا یا پلاسما احتیاج ندارد در یک ابزار تجاری اجرا شده است [22].
روش
معرف ها
ماسک
کاتالیزور
حداقل بازتاب (٪)
اچ واکنش یونی (RIE) | SF6/O2، SF6/ Cl2/O2، SF6/O2/ CH4 | هیچ یک | هیچ یک | 4.0 |
کاشت یون غوطه وری در پلاسما (PIII) | SF6/O2 | هیچ یک | هیچ یک | 1.8 |
تابش لیزر | CCl4, C2Cl3F3، SF6، کلر2, N2، هوا | هیچ یک | هیچ یک | 2.5 |
اچ پلاسما | SF6 | ذرات نانو Ag | هیچ یک | 4.2 |
اچ شیمیایی به کمک فلز (MACE) | AgNO3/ HF / HNO3 | هیچ یک | آگ ، آو | 0.3 |
اچ الکتروشیمیایی | HF ، EtOH ، H2O | هیچ یک | هیچ یک | & lt ؛ 5.0 |
جدول 2. روشهای مختلف برای بافت ویفرهای چند بلوری اره شده با سیم الماس [20].
یکی از روش های بافت ویفرهای چند بلوری DWS ، به روزرسانی شیمی مبتنی بر بافت اسیدی موجود با مواد افزودنی است [23،24،25]. چنین رویکردی به طور بالقوه می تواند CoO کمتری در مقایسه با روش MACE-based داشته باشد [23]. نشان داده شده است که بازتاب چنین رویکردی مبتنی بر افزودنی شبیه به محلول متداول ایزوتکسترینگ با بازده سلول خورشیدی 18.7٪ برای ساختار مبتنی بر Al-BSF است [24].
بافت مبتنی بر MACE شبیه به روش اچ اسیدی معمولی با یک مرحله اضافی از رسوب فلز کاتالیزوری است. جریان فرآیند شامل SDR ، رسوب فلز کاتالیزور ، اچ شیمیایی و پس از تصفیه است. بازده 19.2٪ برای سلولهای چند Al-BSF تجاری با استفاده از فرآیند بافت MACE از نوع دسته ای بدست آمده است [26]. ابزار تجاری مبتنی بر MACE مبتنی بر خط با امکان تنظیم انعکاس در محدوده 12-23٪ و به دست آوردن بازده متوسط برای ساختار Al-BSF و PERC به ترتیب 18.8 و 20.2٪ نشان داده شده است [27]. تصاویر نمایشی از سطح بافت بر اساس فرآیند MACE در شکل 9 نشان داده شده است. هزینه مالکیت (CoO) فرآیند درون خطی MACE در مقایسه با فرایند MACE مبتنی بر دسته ، به طور بالقوه کمتر است و دامنه آن برای کاهش بیشتر آن با بازیافت Ag از حمام بافت است [27]
شکل 9. ویفرهای چند لایه DWS با بافت MACE ، (الف) سطح با Ravg=12٪ و (ب) سطح با Ravg=22٪ [27].
4.3 جداسازی لبه مبتنی بر شیمی مرطوب
منطقه ساطع کننده در یک سلول خورشیدی توسط یک فرآیند انتشار درجه حرارت بالا ساخته شده است (که در بخشهای بعدی بحث خواهد شد). در طی فرآیند انتشار ، شیشه سیلیکات فسفر (PSG) بر روی ویفر رسوب می کند که باید قبل از رسوب لایه ARC برداشته شود. همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است ، پس از مرحله انتشار ، منطقه نوع n نیز در لبه ها و سمت عقب ویفر وجود دارد. لایه n نوع در لبه ها و سمت عقب ، اتصال دهنده اتصال دهنده اتصال کوتاه با بستر پایه است و از این رو مهم است که اچ این مناطق را تخلیه کرده و همانطور که در شکل 10 (c) نشان داده شده است ، ساطع کننده روی FS را از بستر پایه جدا کنید.
شکل 10. پردازش ویفر سیلیکون پس از انتشار و جداسازی لبه
فرآیند جداسازی لبه را می توان به صورت درون خطی شبیه به روند بافت در بخش قبل انجام داد. در این حالت استثنا این است که ماده شیمیایی باید بدون کنش با FS فقط قسمتهای عقب و لبه ها را حک کند. یک تصویر نماینده از فرآیند جداسازی لبه در شکل 11 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که غلتک ها فقط در قسمت پایین وجود دارند تا از تماس محلول اچ با قسمت جلویی جلوگیری شود. مراحل بعدی بعد از اچینگ RS مشابه مراحل موجود در دستگاه بافت درون خطی است.
شکل 11. تصویر نمایشی از سلول خورشیدی در یک حمام جدا شده از لبه داخلی.
5. فرآیندهای حرارتی برای ساخت سلول خورشیدی
فرآیندهای دمای بالا بخشی حیاتی از ساخت سلول خورشیدی را تشکیل می دهند. نمونه هایی از این فرآیند ها تشکیل پیوند pn با انتشار ، شلیک مخاطبین چاپ شده روی صفحه ، فعال سازی لایه های انفعال سطح یا نقص ناشی از فرآیند بازپخت است. در این بخش می توان به فیزیک اساسی فرآیند انتشار انتشار دهنده و رسوب بخار شیمیایی افزایش یافته در پلاسما (PECVD) اشاره کرد.
5.1 انتشار امیتر
انتشار امیتر یکی از مراحل مهم حرارتی در ساخت سلول خورشیدی صنعتی است. ساطع کننده نوع n سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی نوع P توسط انتشار فسفر (P) تشکیل می شود. در فرآیند انتشار ، ویفرهای Si در یک کوره ارسال می شوند و در دمای 800–900 درجه سانتیگراد در معرض کلرید فسفوریل (POCl3) و O2 قرار می گیرند که منجر به رسوب PSG در سطح ویفر Si می شود. این مرحله به عنوان پیش رسوب نامیده می شود ، جایی که PSG [28] به عنوان منبع دوپانتهای فسفر (P) برای پخش شدن در ویفر سی عمل می کند. مرحله بعدی درایو است که در آن تأمین گازهای ناپایدار قطع شده و P از لایه PSG بیشتر به ویفر Si پخش می شود. هانس ایتال [29] برای امکان بهینه فرآیند برای کاربردهای فتوولتائیک نشان می دهد ، سه اثر مختلف باید در نظر گرفته شود. در مرحله اول ، انتشار P از PSG و حضور آن در حالت های الکتریکی فعال و غیرفعال در ویفر Si ، که باعث افزایش ترکیب ترکیبی Shockley-Read-Hall (SRH) می شود. در مرحله دوم ، جذب ناخالصی ها به لایه Si به سمت لایه PSG. سرانجام ، تشکیل تماس فلزی با ساطع کننده Si doped Si ، توان تولید شده را بیرون می کشد.
روند انتشار با مقاومت ورق که به عمق محل اتصال pn و مشخصات غلظت P بستگی دارد ، کمی می شود. مقاومت ورق دارای واحدهای Ω / سانتی متر است (که معمولاً به صورت Ω / measured اندازه گیری می شود) و با استفاده از سیستم پروب چهار نقطه ای اندازه گیری می شود. تعریف مقاومت ورق در معادله الکترونیکی نشان داده شده است. (1)
R=مقاومت مقطع مستطیل (Ω) ) ؛ D=عمق مقطع مستطیل (سانتی متر) و ورق=مقاومت برای عمق داده شده (D) هنگام l=W (Ω / □).
مقادیر اولیه مقاومت ورق امیتر 30-60Ω / □ با عمق محل اتصال pn> ؛ 400 نانومتر و غلظت سطح P بالا بود. با پیشرفت در خمیر تماس نقره سمت جلو (Ag) ، مقاومت ورق امیتر در حال حاضر در محدوده 90–110Ω / □ با عمق محل اتصال حدود 300nm و غلظت سطح P پایین تر است. تغییر به مقاومت ورق بزرگتر باعث می شود تا در طیف UV و آبی نور بیشتری گرفته شود ، در عین حال باعث کاهش ترکیب سطح برای بهبود Voc می شود. لازم به ذکر است که فرآیند انتشار در FS (مستقیماً در معرض گازها) و همچنین در لبه ها و RS رخ می دهد. اگر فرآیند جداسازی لبه انجام نشود (همانطور که در بخش 4.3 بحث شده است) ، انتشار دهنده با اتصال به بستر اتصال کوتاه می کند.
شکل 12 فرآیند انتشار POCl3 را در یک سیستم لوله کوارتز بسته نشان می دهد. POCl3 یک منبع مایع است که با جوشاندن آن با گاز حامل N2 به لوله فرآیند عرضه می شود. با مخلوط کردن
شکل 12. (الف) نمایش شماتیک فرآیند انتشار از نوع دسته ای و (ب) تصویر نمایشی از یک دستگاه انتشار از نوع دسته ای. منبع: centrotherm GmbH.
در سطح Si ،
کلر که در حین پیش رسوب فرآورده ای فرعی است ، با تشکیل کمپلکسهایی با فلزات ، ویفرها و لوله کوارتز را تمیز می کند. PSG به عنوان منبع رانندگی در اتمهای P به سطح Si استفاده می شود. در طی فرایند درایو ، POCl3is خاموش شد و فقط O2is اضافه شد تا یک لایه اکسید نازک در زیر PSG ایجاد کند تا انتشار اتمهای P به سطح Si افزایش یابد.
در داخل لوله انتشار پنج منطقه گرمایی وجود دارد که در شکل 13 نشان داده شده است.
منطقه بارگذاری (LZ) - منطقه ای که ویفرها از آن در لوله بارگیری می شوند.
منطقه بارگذاری مرکز (CLZ) - منطقه ای بین منطقه بارگیری و منطقه مرکزی.
منطقه مرکزی (CZ) - ناحیه مرکز لوله.
منطقه گاز مرکزی (CGZ) - منطقه ای بین منطقه مرکزی و منطقه گاز.
منطقه گاز (GZ) - منطقه ای که گازها از طریق اگزوز به خارج منتقل می شوند.
شکل 13. مناطق گرمایش در داخل لوله انتشار.
به طور معمول درجه حرارت هر منطقه گرمایش تنظیم می شود تا مقاومت ورق انتشار دهنده مساوی را برای همه ویفرهای سراسر قایق بدست آورد.
محیط فرآیند انتشار باید بسیار تمیز باشد و از این رو از مواد کوارتز برای لوله ها استفاده می شود. تمیزی لوله ها و تعمیر و نگهداری منطقه بارگذاری نیز بر نتایج فرآیند تأثیر می گذارد. از آنجا که در نفوذ فاز گاز هیچ پسماندی در لوله وجود ندارد ، منجر به یک فرآیند تمیزتر می شود. با بارگذاری نیمه گام در شرایط فشار کم (LP) [31] ، می توان توان تولیدی را افزایش داد. به طور معمول 1000 ویفر در یک لوله قرار می گیرد و با پنج لوله انتشار در یک سیستم انتشار از نوع دسته ای ، می توان برای تولید سلول های خورشیدی توان تولید تا 3800 واف / ساعت را بدست آورد.
از یک سیستم انتشار خطی که ویفرها به عنوان منبع مواد پاک کننده P بر روی کمربندی با اسید فسفریک حمل می شوند نیز در تولید تجاری استفاده شد [32] با این حال ، در مقایسه با فرایند درون خطی ، فرایند دسته ای تمیزتر ، موثرتر و کارآمدتر است. برای سلول های خورشیدی نوع n یا مفاهیم پیشرفته سلول های خورشیدی مانند PERT ، انتشار دسته ای نوع p بر اساس منابع غیرقابل بور (B) مانند تریبرومید بور (BBr3) است [33،34].
5.2 رسوب پوشش ضد بازتاب (ARC)
یک سطح Si برهنه> را منعکس می کند ؛ 30٪ از نور. همانطور که در بخش 4 بحث شد ، فرایند بافت باعث ضبط نور می شود. مطلوب است که بازتاب بیشتر که با رسوب یک لایه ARC بدست می آید کاهش یابد. TiOxwas یکی از اولیه ترین موادی است که به عنوان یک لایه ARC برای سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما از آنجا که نمی توانست سطح تحرک کافی را ایجاد کند ، سرانجام با SiNx جایگزین شد: H [37]. اکسید سیلیسیم حرارتی رشد یافته (SiO2) نیز به عنوان ماده منفعل در رکوردشکننده انتشار دهنده منفعل غیرفعال در سلولهای پراکنده محلی (PERL) استفاده شد [37]. بودجه حرارتی بالا و زمان فرآیند طولانی باعث شده انفعال مبتنی بر SiO2 برای تولید انبوه سلول های خورشیدی نامناسب باشد [37]. یک بررسی جامع از ARC و مواد غیرفعال کننده مختلف برای کاربردهای سلول خورشیدی در [37] بحث شده است.
فرآیند رسوب شیمیایی بخار شیمیایی (PECVD) برای رسوب یک لایه ARC SiNx: H مناسب است که نه تنها بازتاب را کاهش می دهد بلکه انتشار دهنده نوع n و قسمت عمده آن را منفعل می کند و در نتیجه بازده سلول خورشیدی را بهبود می بخشد [36 ، 37] شماتیک یک سیستم PECVD از نوع دسته ای در شکل 14 نشان داده شده است. ویفرها در یک قایق گرافیتی بارگیری می شوند که طرفین آن رو به روی هم هستند. یک پلاسمای RF مبتنی بر گازهای فرآیند آمونیاک (NH3) و سیلان (SiH4) که در دمای 400-450 درجه سانتیگراد کار می کنند ، لایه هیدروژنه SiNx: H را به عنوان perEq رسوب می دهد. (4) [35] هیدروژن گنجانیده شده در SiNx: فیلم H در طی مرحله شلیک به صورت عمده پخش می شود (در بخش بعدی بحث خواهد شد) و پیوندهای آویزان را برای بهبود عملکرد سلول خورشیدی منفعل می کند [36،37].
شکل 14. الف) نمودار شماتیک فرایند PECVD از نوع دسته ای برای SiNx: رسوب H و (ب) قایق گرافیتی برای بارگذاری ویفرهای Si در کوره PECVD.
ضریب شکست (RI) SiNx: فیلم H با نسبت SiH4 / NH3gas کنترل می شود ، در حالی که ضخامت به مدت زمان رسوب بستگی دارد. SiNx: ARC مبتنی بر H می تواند بازتاب را برای یک طول موج به حداقل برساند و ضخامت طول موج توسط [38] داده می شود ،
Wheret=ضخامت لایه SiNx: H ARC لایه ، λ0=طول موج نور ورودی و n1=ضریب شکست لایه SiNx: H.
براساس این رابطه ، ARC به عنوان "ARC با طول موج ربع" نیز خوانده می شود. برای سلولهای خورشیدی ، RI و ضخامت انتخاب می شوند تا بازتاب را در طول موج 600nm به حداقل برسانند زیرا اوج طیف خورشیدی است. ضخامت و RI ARC به عنوان میانگین هندسی مواد در هر دو طرف ، یعنی شیشه / هوا و Si انتخاب شده است. ضخامت معمول SiNx: H ARC 80-85nm با RI 2.0-2.1 است که به سلول خورشیدی یک رنگ آبی تا آبی بنفش می دهد. یک تصویر نماینده از سلول خورشیدی چند بلوری بافتی که با SiNx رسوب داده شده است: H در شکل 15 (a) نشان داده شده است ، در حالی که تغییر رنگ SiNx: H بر اساس ضخامت آن در شکل 15 (b) نشان داده شده است. توجه به این نکته مهم است که برای پارامترهای رسوب داده شده به بافت سطح و رنگ ARC وابستگی وجود دارد. انواع ماژول های خورشیدی وجود دارد که رنگ سلول های خورشیدی برخلاف رنگ آبی معمولی تیره تر است. یک مرحله رسوب ARC معمولی در یک خط تولید سلول خورشیدی از دو سیستم PECVD تشکیل شده است که هر کدام دارای چهار لوله و توان عملیاتی تا 3500 ویفر در ساعت هستند.
شکل 15. (الف) تصویر نماینده SiNx: سلول خورشیدی چند کریستالی با پوشش H ، (ب) تغییر SiNx: لایه H بر اساس ضخامت آن.
SiNx: H برای غیرفعال سازی نوع p Si و از این رو دی الکتریک مانند Al2O3 برای غیرفعال سازی RS برای معماری سلول مانند سلول های PERC [8] یا برای انتشار دهنده های نوع p در سلول های خورشیدی نوع n مناسب نیست. برای سلولهای خورشیدی PERC ، لایه محافظ Al2O3 توسط SiNx: H پوشانده می شود تا از آن در برابر خمیر Al در طی فرآیند پخت محافظت شود و همچنین به عنوان یک بازتابنده داخلی برای نور طول موج طولانی عمل کند. PECVD تجاری و سیستم های مبتنی بر رسوب لایه اتمی (ALD) برای رسوب Al2O3 با توان تولید حداکثر 4800 ویفر در ساعت در دسترس هستند [39].
6. فلز سازی و خصوصیات سلول خورشیدی
6.1 متالیزاسیون مبتنی بر چاپ روی صفحه
آخرین مرحله پردازش برای ساخت سلول خورشیدی ، فلزاسیون FS و RS برای تولید برق با حداقل تلفات مقاومتی است. Ag ماده تماسی خوبی برای ساطع کننده نوع n است ، در حالی که Al تماس بسیار خوبی با بستر نوع p ایجاد می کند. ترکیبی از خمیر Ag / Al برای چاپ پد روی RS برای تسهیل اتصال سلول های خورشیدی در یک ماژول استفاده می شود. چاپ صفحه یک فرآیند ساده ، سریع و در حال پیشرفت مداوم برای فلز سازی سلول خورشیدی است.
نمایش شماتیک فرایند چاپ صفحه در شکل 16 نشان داده شده است. صفحه ها دارای یک مش فولادی ضد زنگ با روکش امولسیون با دهانه هایی مطابق الگوی فلزاسیون مورد نظر است که در شکل 17 (a) نشان داده شده است. خمیر فلزی از طریق سیلاب و حرکت کشنده روی صفحه پخش می شود که بر اساس الگوی صفحه نمایش ، خمیر را روی سلول خورشیدی رسوب می دهد. ضربه محکم و ناگهانی فاصله صفحه و سلول خورشیدی است. فشار اسکاج و فاصله ضربه محکم و ناگهانی پارامترهای مهمی هستند که خمیر و هندسه انگشتان Ag FS را تعیین می کنند.
شکل 16. تصویر از فرآیند چاپ صفحه برای فلز سازی سلول خورشیدی.
شکل 17. (الف) صفحه امولسیون مش با باز شدن انگشت برای چاپ FS Ag [40] و (ب) الگوی نمایشی FS متالیزاسیون.
خمیر معمولی که برای پد Ag / Al RS در نظر گرفته می شود ، RS Al و FS Ag به ترتیب برای یک سلول خورشیدی چند بلوری 6 اینچی Al-BSF 35-45 میلی گرم ، 1.1-1.4 گرم و 100-120 میلی گرم است. یک الگوی متالیزاسیون Ag FS نشان داده شده در شکل 17 (ب) نشان داده شده است. باز شدن انگشت Ag به کمتر از 30μm کاهش یافته است ، در حالی که هم اکنون استفاده از 5 میله اتوبوس به طور فزاینده ای پذیرفته شده است. با وجود چنین پارامتر روی صفحه و خمیر مناسب ، FF ثابت> ؛ 80٪ باید برای سلولهای خورشیدی Al-BSF با افت سایه نوری< ؛ 6٪ بدست آید.
6.2 خشک شدن و شلیک سریع خمیرهای فلزکاری
خمیرهای متالیزاسیون از پودر فلز ، حلال ها و چسب های آلی تشکیل شده اند. در مورد خمیر FS Ag ، خمیر حاوی مایع شیشه ای است در حالی که لایه SiNx: H را قلم می زند و با انتشار دهنده نوع n تماس می گیرد [41]. خمیرهای فلزی پس از چاپ خشک می شوند و در نهایت از طریق کوره ای با سرعت بالا برای پخت و پز ارسال می شوند و تماس RS Al-BSF و FS Ag را ایجاد می کنند. نمونه ای از چنین کوره های سریع پخت با مشخصات دما در شکل 18 نشان داده شده است. فرآیند پخت انگشت FS Ag در شکل 19 نشان داده شده است. فريت شيشه و در نهايت تشکيل کريستاليت هاي Ag که با انتشار دهنده نوع n تماس دارند. پروفیل شلیک باید بر اساس انواع خاصی از خمیرهای فلزاسیون و مشخصات انتشار انتشار دهنده تنظیم شود. به عنوان مثال ، دمای اوج شلیک می تواند کم باشد تا یک تماس اهمی خوب با FS ایجاد نکند ، در حالی که دمای بیش از حد بالا می تواند منجر به انتشار Ag از طریق اتصال و شنت اتصال pn شود. تصویر یک سلول خورشیدی کاملاً متبلور Al-BSF در شکل 20 نشان داده شده است.
شکل 18. (الف) نمونه ای از کوره های پخت برای پخت کنتاکت های فلزی و (ب) مشخصات دمای نمایشی کوره های پخت. منبع: centrotherm GmbH.
شکل 19. تصویر از روند شلیک. (الف) سوزاندن از چسبهای آلی ، (ب) ذوب شدن ذرات گلاس که باعث حکاکی SiNx: H و (ج) تشکیل کریستالیت Ag در رابط ساطع کننده می شود.
شکل 20. (الف) FS یک سلول خورشیدی کامل و (ب) RS یک سلول خورشیدی کامل.
6.3 متالیزاسیون جانبی مبتنی بر آبکاری
هزینه یابی فاکتورهای مختلف در پردازش سلول خورشیدی طی سالها کاهش یافته است ، در حالی که سهم front Ag همچنان مهمترین است [42]. مقدار قابل توجهی کار برای جایگزینی Ag با فلز متناوب مانند مس (Cu) انجام شده است که دارای مقدار رسانایی بسیار نزدیک به Ag است و همچنین یک مزیت بالقوه قابل توجه برای هزینه دارد [43،44]. مس از نفوذ و قابلیت حلالیت بالایی در Si برخوردار است و از این رو لایه ای مانع مانند نیکل (Ni) قبل از آبکاری مس روی Si رسوب می کند [42]. آبکاری ناشی از نور (LIP) که از آبکاری معمولی حاصل می شود ، از اثر فتوولتائیک نور در صفحه فلز مورد نظر استفاده می کند و از مزایای زیادی در مقایسه با آبکاری معمولی برخوردار است [43،44].
بر خلاف فلزسازی مبتنی بر خمیر Ag و در بیشتر موارد نیز به یک مرحله اضافی پخت پودر Ni برای کاهش مقاومت تماس و چسبندگی خوب پشته فلزی ، نیاز به یک مرحله الگوسازی ARC در قسمت جلویی اضافی مبتنی بر Ni-Cu است. ] سلولهای خورشیدی برش داده شده mc-Si بر اساس پشته اندود شده Ni-Cu-Ag با عرض انگشت 22μm ، نسبت ابعاد نزدیک به 0.5 و بازدهی مشابه سلولهای خورشیدی مبتنی بر Ag بر روی صفحه نمایش نشان داده شده است [45 ]
بهبود مداوم در خمیرهای Ag FS همراه با سادگی ، قابلیت اطمینان و توان عملیاتی بالای فرآیند چاپ صفحه نمایش ، رقابت با فلزاسیون مبتنی بر Ni-Cu را با فلزاسیون FS مبتنی بر Ag دشوار کرده است. با این حال ، مفاهیم کارآیی سلول خورشیدی بالا مانند سلولهای خورشیدی دو طرفه دو طرفه ، که در آن می توان مس را به طور مستقیم روی اکسید رسانای شفاف آبکاری کرد ، فرآیند آبکاری ساده شده و فقط به یک ابزار خاص احتیاج دارد [39]. به همین ترتیب ، مفاهیم با کارایی بالا که به مقدار کمتری از فلز نیاز دارند ، می توانند با استفاده از فلزکاری مبتنی بر آبکاری به همان نتیجه برسند [42،46].
6.4 آزمایش IV و خصوصیات سلول های خورشیدی
مرحله آخر آزمایش IV سلولهای خورشیدی کامل مطابق با شرایط آزمایش استاندارد (STC) است ، یعنی AM 1.5G ، 1000W / m2 با شبیه ساز خورشیدی کلاس AAA. نمونه ای از آزمایش FS سلول خورشیدی در شکل 21 نشان داده شده است. پارامترهای معمولی بدست آمده از آزمایشگر IV در جدول 3 نشان داده شده است. آزمایشگران IV دارای پارامترهای مشخصه بسیاری هستند که می تواند برای تشخیص نقص سلول خورشیدی مفید باشد. الکترولومینسانس نمایندگی (EL) و تصویر IR حرارتی یک سلول خورشیدی با برخی نقص ها در شکل 22 (a) - (c) نشان داده شده است. یک تصویر EL از یک سلول خورشیدی خوب با شدت یکنواخت در شکل 22 (a) نشان داده شده است ، در حالی که برای یک سلول خورشیدی که انگشتان FS به طور یکنواخت چاپ نشده اند ، یک کنتراست تیره تر در شکل 22 (b) دیده می شود. شکل 22 (c) ) یک تصویر IR حرارتی از یک سلول خورشیدی با یک شنت موضعی را نشان می دهد که در طی یکی از مراحل پردازش تشکیل شده است. در پایان ، سلولهای خورشیدی بر اساس طبقه بندی انتخاب شده در سطل های مختلف بهره وری مرتب می شوند.
شکل 21. کاوشگر FS اندازه گیری IV برای خصوصیات سلول خورشیدی.
پارامتر
نظرات
Voc(V) | سلول های خورشیدی mc-Si Al-BSF دارای مقدار> ؛ 0.635V هستند |
Isc(A) | سلولهای خورشیدی mc-Si Al-BSF دارای مقدار> ؛ 9.0 A هستند |
FF (٪) | سلول های خورشیدی خوب mc-Si Al-BSF دارای مقدار> هستند ؛ 80٪ |
بهره وری (٪) | سلولهای خورشیدی خوب mc-Si Al-BSF دارای مقدار> هستند ؛ 18.6٪ |
Vmpp(V) | ولتاژ مربوطه در حداکثر نقطه قدرت |
Impp(A) | جریان متناظر در حداکثر قدرت |
Rs(Ω) | سلول های خورشیدی mc-Si Al-BSF دارای مقدار< ؛ 1.5 mΩ است |
Rش(Ω) | سلول های خورشیدی خوب mc-Si Al-BSF دارای مقدار> ؛ 100Ω هستند |
Irev(A) | جریان معکوس در ولتاژ 12 ولت باید برای سلولهای خورشیدی خوب< باشد |
مقاومت FS BB-BB (Ω) | مقاومت بین BB در FS اندازه گیری می شود |
مقاومت RS BB-BB (Ω) | مقاومت بین BB در RS اندازه گیری می شود |
جدول 3. پارامترهای مشخصه سلول خورشیدی حاصل از اندازه گیری IV.
شکل 22. (الف) تصویر EL از یک سلول خورشیدی خوب ، (ب) تصویر EL از یک سلول خورشیدی با عدم یکنواختی در چاپ انگشت Ag و (ج) تصویر IR حرارتی از یک سلول خورشیدی که نشان دهنده وجود شنت های موضعی است.
7. روندهای آینده
DWS به استاندارد ویفرهای تک بلوری تبدیل شده است ، در حالی که انتظار می رود سهم بازار آن> باشد ؛ 80٪ تا سال 2022 برای ویفرهای چند بلوری [2]. انتظار می رود SWS برای ویفرهای چند کریستالی تا آن زمان از بین برود. با استفاده از DWS ، از بین رفتن پوسته نیز تا 2022 به 80 گرم در دقیقه تبدیل می شود که به نوبه خود باعث کاهش مصرف پلی-سی در هر ویفر به زیر 15 گرم می شود. انتظار می رود که طراحی 3BB برای مخاطبین جلو تا سال 2020 با 50٪ سهم برای طراحی 5BB از بین برود. پیش بینی می شود که با بهبود مستمر در خمیرها و صفحات Ag ، عرض انگشت FS تا سال 2022 به 30μm کاهش یابد. ابزار پردازش مواد شیمیایی مرطوب در سال 2018 از 8000 ویفر در ساعت عبور کرده اند و تا سال 2020 9000 ویفر در ساعت را لمس می کنند. در سال 2018 به توان 5000 ویفر در ساعت رسیده و انتظار می رود تا سال 2020 از 7000 ویفر در ساعت عبور کند. انتظار می رود که بخش متالیزاسیون و آزمایش مرتب سازی و مرتب سازی IV> ؛ 7000 ویفر / ساعت تا سال 2022 باشد.
فناوری سلول مبتنی بر Al-BSF که سهم بازار آن> است ؛ پیش بینی می شود 60٪ در سال 2018 به< ؛ 20٪ تا سال 2025 کاهش یابد. با تأکید بیشتر بر مفاهیم سلولهای خورشیدی با بازده بالا ، سهم PERC انتظار می رود که فناوری> ؛ 50٪ تا سال 2022 باشد. انتظار می رود بهره وری تولید Mono PERC> ؛ 22٪ تا 2022 باشد ، در حالی که برای multi PERC باید 21٪ را به طور همزمان لمس کند. یک جنبه مهم مربوط به multi-PERC کاهش مشکل مبتنی بر LeTID برای به حداقل رساندن از دست دادن کارایی پس از نصب ماژول ها در این زمینه است. سلولهای Si HJ با بازدهی> ؛ 22٪ در سال 2018 پس از انتظار می رود که تا سال 2020 به راندمان پایدار 23٪ ، با سهم بازار در حدود 10٪ تا سال 2022 برسند. سلولهای دو طرفه با کارایی بالا با یک مزیت اضافی بهره گیری از خورشید تابش از سمت عقب انتظار می رود که تا سال 2022 سهم بازار 20٪ داشته باشد. سلولهای خورشیدی با تماس با نوع N انتظار می رود تا سال 2020 از 24٪ بهره وری عبور کنند.
8. نتیجه گیری
سلول های خورشیدی Si در دهه های گذشته با فناوری های تولید بالغ ، به بخشی مهم در حوزه انرژی های تجدیدپذیر تبدیل شده اند. ویفرهای چند بلوری نوع P به اقلام اصلی تولید سلول خورشیدی تبدیل شده اند. با این حال ، با بهره وری بالاتر و کاهش هزینه های تولید ، سلول های خورشیدی تک بلوری نیز سهم قابل توجهی کسب کرده اند و انتظار می رود در آینده نزدیک با ویفرهای چند بلوری رقابت نزدیک داشته باشند. برای فناوری استاندارد Al-BSF ، به ترتیب 19 و 20٪ به عنوان علامت سلولهای خورشیدی چند بلوری و تک بلوری شده است. سلولهای Mono-PERC و multi-PERC به ترتیب دارای بازده تثبیت 5/21 و 20 درصد هستند. علاوه بر این ، PERC با داشتن یک الگوی شبکه بر روی RS به جای تماس با سطح کامل ، روش ساده تری را برای سلول های خورشیدی دو طرفه فراهم می کند. سلولهای خورشیدی دارای نوع n و دو طرفه با بازده بالا سهم< ؛ 10٪ دارند که انتظار می رود در آینده افزایش یابد. فناوری های تولید طی چند سال گذشته با پیشرفت های بیشتر برای افزایش توان تولید ، به میزان قابل توجهی بالغ شده اند.
تقدیر و تشکر
نویسندگان می خواهند از همکاران RCT Solutions GmbH که برخی از مطالب فصل را از آنها گرفته اند ، تشکر کنند. Mehul C.Raval می خواهد از همکار جیم ژو برای بحث در مورد بافت سیلیکون سیاه تشکر کند.
