Sors: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
Minn Mehul C. Raval u Sukumar Madugula Reddy
Mibgħut: 4 ta 'Ottubru 2018 Rivedut: 29 ta' Jannar 2019 Ippubblikat: 15 ta 'Mejju 2019
DOI: 10.5772 / intechopen.84817
Astratt
Il-kapitolu se jintroduċi teknoloġiji industrijali tal-manifattura taċ-ċelloli solari tas-silikon bl-istatus attwali tiegħu. Strutturi taċ-ċelloli solari tat-tip p kummerċjali u ta 'effiċjenza għolja tat-tip n se jiġu diskussi u mqabbla sabiex il-qarrej ikun jista' jdaħħal rasu f'ċelloli solari industrijali. Qed tiġi ppreżentata ħarsa qasira fuq diversi stadji tal-proċess mill-istrutturar sal-metallizzazzjoni bl-iskrin stampat. Proċessi ta 'nisġa għal wejfers tas-silikon mono-kristallin u multi-kristallin ġew riveduti bl-aħħar proċessi. Ġiet ippreżentata ħarsa fuq il-proċessi termali tad-diffużjoni u d-depożizzjoni tal-kisi anti-riflettiv. Il-proċess stabbilit sew tal-istampar tal-iskrin għall-metallizzazzjoni taċ-ċelloli solari huwa introdott bil-pass ta 'sparar mgħaġġel għas-sinterizzazzjoni tal-kuntatti. L-ittestjar IV taċ-ċelloli solari b'diversi parametri għall-karatterizzazzjoni taċ-ċelloli solari huwa introdott. L-aħħar żviluppi f'diversi proċessi u manifattura ta 'tagħmir huma diskussi wkoll flimkien max-xejriet futuri mistennija.
Kliem ewlieni
silikon
ċelloli solari
manifattura
multi-kristallin
monokristallin
nisġa
1. Introduzzjoni
Il-fotovoltajċi huma sors importanti ta 'enerġija rinnovabbli li kiber malajr minn 8GW fl-2007 għal 400GW fl-2017 [1]. Flimkien mad-domanda dejjem tiżdied, l-ispiża tas-sistema PV naqset ukoll b'mod sinifikanti minn 35.7 $ / Wpin 1980 għal 0.34 $ / Wpin 2017 li taċċellera l-adozzjoni tagħha [2]. Is-silikon (Si) li huwa materjal importanti tal-industrija tal-mikroelettronika kien ukoll il-materjal tal-massa użat ħafna taċ-ċelloli solari mis-snin ħamsin b'sehem fis-suq ta '& gt; 90% [2]. Il-kapitolu se jintroduċi l-passi tipiċi għall-manifattura ta 'ċelloli solari kummerċjali tas-silikon. Storja qasira taċ-ċelloli solari u veduta ġenerali tat-tip ta ’substrati tas-silikon flimkien ma’ l-arkitettura differenti taċ-ċelloli solari se jiġu introdotti fit-Taqsimiet 2 u 3. Sussegwentement, il-kimika mxarrba u l-passi tat-temperatura għolja użati fil-fabbrikazzjoni se jiġu deskritti fit-Taqsimiet 4 u 5. Taqsima 6 se tiddiskuti dwar il-proċess tal-metallizzazzjoni flimkien ma 'parametri ta' karatterizzazzjoni tipiċi għal ċelloli solari kummerċjali. Fl-aħħarnett, il-pjan direzzjonali futur u x-xejriet mistennija se jiġu diskussi fit-taqsima tal-konklużjoni.
2. Evoluzzjoni taċ-ċelloli solari
L-'effett fotovoltajku 'litteralment ifisser ġenerazzjoni ta' vultaġġ ma 'espożizzjoni għad-dawl. Il-fenomenu ġie osservat għall-ewwel darba mill-fiżiku Franċiż Edmund Becquerel fuq ċellula elettrokimika fl-1839, filwaqt li ġie osservat mix-xjenzati Ingliżi WGAdams u REDay fuq apparat solid-state magħmul mis-selenju fl-1876 [3]. Mis-snin ħamsin 'il quddiem, kien hemm progress mgħaġġel fil-prestazzjoni taċ-ċelloli solari kummerċjali minn< 1%="" sa=""> 23% [2] u s-silikon kien' iż-żiemel tax-xogħol 'tal-industrija fotovoltajka minn mindu imbagħad. L-evoluzzjoni taċ-ċelloli solari tas-silikon tidher fil-Figura 1.
Figura 1. Evoluzzjoni taċ-ċelloli solari tas-silikon. (a) 1941: Ċellula solari rrappurtata b'ġonta mkabbra, (b) 1954: Ġonta pn taċ-ċellola solari ffurmata b'diffużjoni tad-dopant, (c) 1970: Ċellula vjola b'kamp tal-aluminju fuq wara tal-wiċċ, (d) 1974: Ċellula sewda bi wiċċ minsuġ kimikament [3].
L-ewwel ċelloli solari tas-silikon murija minn Russell Ohl tal-Laboratorji Bell matul l-1940s kienu bbażati fuq junctions naturali ffurmati minn segregazzjoni ta 'impurità matul il-proċess ta' kristallizzazzjoni mill-ġdid [3]. Iċ-ċelloli kellhom effiċjenza ta '& lt; 1% minħabba nuqqas ta' kontroll fuq il-post tal-junction u l-kwalità tal-materjal tas-silikon. In-nomenklatura għall-ismijiet tar-reġjuni (tip-p: ġenb li huwa illuminazzjoni u tip-n: naħa l-oħra) mogħtija minn Ohl minn dakinhar qed jintużaw għall-konvenzjonijiet tal-ismijiet taċ-ċelloli solari.
Matul is-snin ħamsin, kien hemm żvilupp mgħaġġel fil-proċess ta 'diffużjoni f'temperatura għolja għal dopanti fis-silikon. Persuna, Fuller u Chaplin tal-Laboratorji Bell urew ċellula solari effiċjenti ta '4.5% b'doping ibbażat fuq il-litju, li tjieb għal 6% b'diffużjoni tal-boron. Iċ-ċellula solari kellha 'tgeżwir' madwar l-istruttura (Figura 1 (b)) biż-żewġ kuntatti fuq in-naħa ta 'wara biex jiġi evitat telf ta' sfumatura, iżda wassal għal telf reżistiv ogħla minħabba l-istruttura tat-tgeżwir. Sal-1960, l-istruttura taċ-ċellula evolviet għal kif muri f 'Figura 1 (c). Peress li l-applikazzjoni kienet għal esplorazzjonijiet spazjali, substrat ta 'reżistività għolja ta' 10Ω cm intuża biex ikollu reżistenza massima għar-radjazzjoni. Kuntatti evaporati bil-vakwu ntużaw fuq iż-żewġ naħat, filwaqt li kisi tas-silikon monossidu ntuża bħala kisi anti-riflettiv (ARC) fuq in-naħa ta ’quddiem (FS) [3].
Fil-bidu tas-sebgħinijiet instab li wara li l-aluminju sinterizzat fuq in-naħa ta ’wara tejjeb il-prestazzjoni taċ-ċellula billi fforma interface iddoppjat ħafna magħruf bħala‘ il-kamp tal-wiċċ ta ’wara (Al-BSF)’ u jikseb l-impuritajiet [3]. L-Al-BSF inaqqas ir-rikombinazzjoni tat-trasportaturi fuq in-naħa ta 'wara u għalhekk itejjeb il-vultaġġ u r-rispons spettrali ta' wavelength twila. L-implimentazzjoni ta 'swaba' ifjen u spazjati mill-viċin naqqset il-ħtieġa fuq id-doping tal-junction u eliminat is-saff mejjet. ARC tad-dijossidu tat-titanju (TiOx) intużat u l-ħxuna tagħha ġiet magħżula biex tnaqqas ir-riflessjoni għal wavelengths iqsar u tat dehra vjola liċ-ċelloli solari. Sar aktar titjib billi n-nisġa tal-wejfers bl-użu ta 'inċiżjoni anisotropika ta' (100) wejfers biex tesponi l-uċuħ (111). L-istrutturar wassal għal insib aħjar tad-dawl u ta ċ-ċelloli dehra bellusija skura. L-arkitettura mtejba taċ-ċellula tidher fiFigura 1 (d). Fl-1976, Rittner u Arndt urew ċelloli solari terrestri b'effiċjenzi li jersqu lejn 17% [3].
Iċ-ċellula solari emittenti passivata (PESC) laħqet tragward ta 'effiċjenza ta' 20% fl-1984–1986. Iż-żona ta 'kuntatt tal-metall / silikon kienet biss 0.3% f'ċelloli PESC, filwaqt li ARC ta' saff doppju ta 'ZnS / MgF2intuża fiż-żewġ strutturi taċ-ċelloli. Fl-1994, intwerew ċellula passivata ta 'l-emittent ta' wara mxerred lokalment (PERL) b'effiċjenza ta '24% intwerew [3]. Meta mqabbel maċ-ċellula PESC, iċ-ċellula PERL kellha piramidi maqluba fuq FS għal insib aħjar tad-dawl u passivazzjoni bbażata fuq l-ossidu miż-żewġ naħat. Saff ta 'passivazzjoni ta' ossidu fuq in-naħa ta 'wara tejjeb ukoll ir-riflettanza interna tal-wavelength twila u għalhekk ir-rispons tal-ispettru.
Minbarra l-arkitetturi taċ-ċelloli solari li qed jevolvu, kien hemm ukoll żvilupp kontinwu fil-qasam tal-manifattura f'termini ta 'fluss miżjud, passi mtejba tal-proċess u spejjeż imnaqqsa. Fit-taqsima li jmiss tingħata ħarsa qasira fuq il-manifattura tas-sottostrati Si u diversi tipi ta 'ċelloli solari.
3. Teknoloġiji kummerċjali taċ-ċelloli solari tas-silikon
Si huwa t-tieni l-iktar materjal abbundanti fid-dinja wara l-ossiġnu u intuża ħafna fl-industrija tas-semikondutturi. Silikon ta 'grad metallurġiku (Mg-Si) ta' 98% purità jinkiseb billi ssaħħan il-kwarz (SiO2) b'karbonju f'temperaturi għoljin ta '1,500-2,000 [4]. Mg-Si huwa purifikat aktar biex jinkisbu biċċiet tas-silikon ta 'grad solari ta' 99.99% purità. Il-biċċiet raffinati ta 'Si solari ta' grad solari huma mbagħad ipproċessati aktar biex jinkisbu forom mono-kristallini u multi-kristallini ta 'ingotti Si, li huma massa kbira ta' silikon. Fis-Si monokristallin, l-atomi huma rranġati fl-istess orjentazzjoni tal-kristall mal-materjal kollu. Għaċ-ċelloli solari, l-orjentazzjoni (100) hija preferuta peress li tista 'tkun minsuġa faċilment biex tnaqqas ir-riflessjoni tal-wiċċ [5]. Si multi-kristallin, kif jissuġġerixxi l-isem għandu qmuħ multipli ta 'materjal Si b'orjentazzjonijiet differenti, b'differenza mis-sustrati monokristallini. Materjal mono-kristallin għandu ħajja ta 'trasportatur ta' minoranza ogħla meta mqabbel ma 'Si multi-kristallin u għalhekk effiċjenzi ogħla taċ-ċelloli solari għal teknoloġija partikolari taċ-ċelloli solari.
Il-metodu Czochralski (Cz) biex isiru ingotti Si monokristallini huwa muri fil-Figura 2 (a). Silikon imdewweb ta 'purità għolja bid-dopant jinżamm' il fuq mill-punt tat-tidwib u mbagħad kristall taż-żerriegħa jinġibed b'rata bil-mod ħafna biex jinkiseb ingott ta 'dijametru daqs 300mm u 2 m fit-tul [6]. Is-silikon imdewweb jista 'jkun iddopjat jew b'p dopanti tat-tip p jew tat-tip n biex jikseb it-tip speċifiku ta' ingott Si monokristallin sa 200kg [2]. Il-wejfers isserrati mill-ingotti għandhom truf ċirkolari u għalhekk il-forma tissejjaħ 'psuedo square'. L-ingotti tas-silikon multi-kristallin huma magħmula billi jiddewweb Si ta 'purità għolja u jikkristallizzahom fi griġjol kbir permezz ta' proċess ta 'solidifikazzjoni direzzjonali [7] kif muri fil-Figura 2 (b). Il-proċess m'għandux orjentazzjoni tal-kristall ta 'referenza bħall-proċess Cz u għalhekk jifforma materjal tas-silikon ta' orjentazzjonijiet differenti. Bħalissa l-ingotti Si multi-kristallini jiżnu> 800kg [2] li mbagħad jinqatgħu fi briks u l-wejfers jiġu ssegati aktar.
Id-daqs attwali tal-wejfers mono-kristallini u multi-kristallini għall-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari huwa 6 pulzieri × 6 pulzieri. Iż-żona tal-wejfers monokristallini tkun ftit inqas minħabba l-għamla psewdo-kwadra. Il-materjal bażi l-iktar użat biex isiru ċelloli solari huwa s-sottostrati Si tat-tip p drogati bil-boron. Sottostrati Si tat-tip N użati wkoll biex jagħmlu ċelloli solari b'effiċjenza għolja, iżda għandhom sfidi tekniċi addizzjonali bħall-kisba ta 'doping uniformi tul l-ingott meta mqabbel ma' sottostrati tat-tip p.
Figura 2. Illustrazzjoni ta '(a) Proċess Cz għal ingotti mono-kristallini u (b) proċess ta' solidifikazzjoni direzzjonali għal ingotti multi-kristallini.
Klassifikazzjoni wiesgħa ta 'tipi differenti ta' ċelloli solari flimkien ma 'firxiet ta' effiċjenza hija murija fil-Figura 3. It-teknoloġija standard ta 'l-aluminju tal-wiċċ ta' wara (Al-BSF) hija waħda mill-aktar teknoloġija taċ-ċelloli solari komuni minħabba l-proċess ta 'manifattura relattivament sempliċi tagħha. Huwa bbażat fuq depożizzjoni sħiħa ta 'Al fuq in-naħa ta' wara (RS) permezz ta 'proċess ta' stampar ta 'skrin u formazzjoni ta' ap + BSF li jgħin biex ineħħi l-elettroni min-naħa ta 'wara tas-sottostrat tat-tip p u jtejjeb il-prestazzjoni taċ-ċellula. Il-fluss tal-manifattura għaċ-ċelloli solari Al-BSF huwa muri fil-Figura 4. Id-disinn standard taċ-ċelloli solari kummerċjali huwa b'disinn ta 'grilja FS u kuntatti RS taż-żona sħiħa.
Figura 3. Klassifikazzjoni wiesgħa ta 'tipi differenti ta' ċelloli solari.
Figura 4. Fluss tal-manifattura taċ-ċelloli solari Al-BSF.
Iċ-ċellula solari tal-emittent passivat ta 'kuntatt ta' wara (PERC) titjieb fuq l-arkitettura Al-BSF biż-żieda ta 'saff ta' passivazzjoni fuq in-naħa ta 'wara biex ittejjeb il-passivazzjoni fuq in-naħa ta' wara u r-riflessjoni interna. L-ossidu ta 'l-aluminju huwa materjal adattat għall-passivazzjoni ta' l-RS b'effiċjenzi medji taċ-ċelloli solari qrib il-21% miksuba fil-produzzjoni [8]. Linja ta 'ċelloli solari Al-BSF eżistenti tista' tiġi aġġornata għal proċess PERC permezz ta 'żewġ għodod addizzjonali (deposizzjoni ta' saff passivazzjoni RS u laser għal ftuħ ta 'kuntatt lokalizzat fuq l-RS).
It-tliet arkitetturi taċ-ċelloli li jifdal huma prinċipalment teknoloġiji ta 'effiċjenza ogħla bbażati fuq sottostrati Si tat-tip n. Iċ-ċellula solari eteroġunzjoni a-Si għandha saffi a-Si fuq l-FS u l-RS ta 'substrat Si tat-tip n biex tifforma' eteroġunzjonijiet 'b'differenza mill-ġonta pn konvenzjonali bbażata fuq diffużjoni b'temperatura għolja Tali teknoloġija tippermetti l-ipproċessar f'temperaturi aktar baxxi, iżda hija sensittiva ħafna għall-kwalità tal-interfaces tal-wiċċ. ċellula solari eteroġunzjoni bbażata fuq a-Si kienet immanifatturata kummerċjalment minn Sanyo Electric, li issa tittieħed minn Panasonic [9]. Fid-disinn taċ-ċellula solari interdigitated back contact (IBC), iż-żewġ kuntatti huma preżenti fuq in-naħa ta 'wara u jeliminaw it-telf ta' sfumar tal-kuntatt FS. Tipikament għaċ-ċelloli solari IBC, il-junction se tkun ukoll fuq in-naħa ta 'wara. Wieħed mill-manifatturi bikrija taċ-ċellula solari IBC ta 'effiċjenza għolja tat-tip n huwa SunPower Corporation [10]. Iċ-ċelloli bifaċjali, kif jissuġġerixxi l-isem jistgħu jaqbdu d-dawl miż-żewġ naħat taċ-ċelloli solari. Dan jinvolvi li n-naħa ta 'wara għandha wkoll kuntatti b'disinn ta' gradilja biex tippermetti l-ġbir tad-dawl. Eżempju tat-teknoloġija bifacial hija ċ-ċellola solari BiSON żviluppata u kummerċjalizzata mill-ISC, Konstanz [11]. Ta 'min jinnota li l-klassifikazzjoni indikata mhix lista eżawrjenti ta' diversi tipi oħra ta 'arkitetturi taċ-ċelloli solari li jinsabu fil-fażi R& D, qrib il-kummerċjalizzazzjoni jew li diġà qed jiġu manifatturati. It-taqsimiet sussegwenti se jagħtu stampa ġenerali tal-passi tal-proċess għall-manifattura taċ-ċelloli solari Al-BSF.
4. Proċessi tal-kimika mxarrba għall-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari
It-trattament ibbażat fuq il-kimika mxarrba huwa pass importanti fl-ipproċessar taċ-ċelloli solari għat-tneħħija tal-ħsara lis-serrieq (SDR) għall-wejfers as-cut, nisġa tal-wiċċ biex tiżdied l-assorbiment tar-radjazzjoni solari li tidħol u l-iżolament tat-tarf wara l-proċess ta 'diffużjoni. Kif diskuss fit-taqsima preċedenti, hemm prinċipalment wejfers tas-silikon mono-kristallin u multi-kristallin użati għall-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari. L-ipproċessar ibbażat fuq il-kimika mxarrba għat-tipi rispettivi ta 'wejfers se jiġi diskuss' il quddiem.
4.1 Strutturar ta 'wejfers tas-silikon mono-kristallin
Kif indikat fit-Taqsima 2, l-iżvilupp taċ-ċelloli solari beda primarjament b'wafers monokristallini u għalhekk uża metodi stabbiliti sew mill-qasam tal-mikroelettronika. Inċiżjoni alkalina anisotropika bbażata fuq KOH / NaOH tintuża għal texturing piramidali ta 'wejfers mono-kristallini. Wafer mono-kristallin kif imqatta 'għandu riflettanza medja peżata ta'> 30% (fuq wavelength ta '300-1,200nm) li tnaqqas għal 11-12% wara l-proċess ta' nisġa. Morfoloġija tipika ta ’wiċċ minsuġ alkalin tidher fil-Figura 5. Is-soluzzjoni anisotropika tal-inċiżjoni tpoġġi l-wiċċ (100) tal-wejfers biex tesponi l-uċuħ (111) li għandhom densità ogħla ta’ atomi tas-silikon u għalhekk rata ta ’etch aktar bil-mod meta mqabbla ma’ ( 100) uċuħ. Dan jirriżulta f'formazzjoni ta 'strutturi piramidali każwali li jiffurmaw angolu ta' 54.7 ° fir-rigward tal-wiċċ tal-wejfer.
Figura 5. Morfoloġija tipika tal-wiċċ ta ’wejfer mono-kristallin minsuġa alkalin.
Parametri tipiċi għall-proċess ta 'nisġa alkalina huma murija fit-Tabella 1. Għandu jiġi nnutat li l-valuri ta' parametri varji huma indikattivi u m'għandhomx jittieħdu bħala assoluti peress li hemm varjetà ta 'manifatturi ta' addittivi fis-suq. L-alkoħol isopropiliku (IPA) kien inizjalment użat bħala addittiv fis-soluzzjoni tat-tessut, li mhuwiex involut fir-reazzjoni tal-inċiżjoni, iżda jaġixxi bħala aġent li jxarrab biex itejjeb l-omoġeneità tal-proċess tat-tessut billi ma jħallix li l-H2bubbles (iġġenerati waqt ir-reazzjoni) il-wiċċ tas-silikon [12]. Madankollu sal-2010, l-IPA ġie sostitwit gradwalment b’addittivi alternattivi minħabba żvantaġġi bħal konċentrazzjoni instabbli peress li t-temperatura tal-banju hija viċin il-punt tat-togħlija tal-IPA (82.4 ° C), spejjeż għoljin, konsum għoli, perikli għas-saħħa u splussività [12]. Ħafna gruppi ppubblikaw xogħol ta ’żvilupp biex jissostitwixxu l-IPA b’addittivi alternattivi biex jegħlbu l-iżvantaġġi tal-IPA, iżidu t-tieqa tal-proċess u jnaqqsu r-riflettanza tal-wiċċ [12,13,14,15,16]. L-addittivi jnaqqsu wkoll il-ħin tal-ipproċessar għal< 10="" minuti="" u="" jżidu="" l-ħajja="" tal-banju="" għal=""> 100 ġirja.
Proċess
KOH / IPA
KOH / addittiv
KOH (%) | 3 | & lt; 3 |
IPA (%) | 6 | — |
Addittiv (%) | — | & lt; 2 |
Temperatura tal-proċess [° C] | & gt; 80 | 70–100 |
Daqs tal-piramida [μm] | 5–12 | 2–7 |
Ħin tal-proċess [min] | 30–40 | 5–10 |
Kontenut organiku [wt%] | 4–10 | & lt; 1.0 |
Punt tat-togħlija [° C] | 83 | & gt; 100 |
Ħajja tal-banju | & lt; 15 | & gt; 100 |
Tabella 1. Parametri tal-proċess għal texturing alkalin ibbażat fuq l-IPA u bbażat fuq l-addittiv ta ’wejfers mono-kristallini.
Il-proċess ta ’nisġa tal-wejfers monokristallini tipikament jitwettaq f’ ‘lott’ li jimplika li l-wejfers jitgħabbew ġo trasportatur bi slots biex iżommu l-wejfers (100 slots f’ġarrier) u allura l-lott jiġi pproċessat b’mod sekwenzjali f’banji għal nisġa, tindif, passi ta 'trattament biex tneħħi r-residwu organiku u l-kontaminazzjoni tal-metall u tnixxef il-wejfers ipproċessati. It-trasportaturi huma tipikament miksija b'PVDF li għandha reżistenza tajba ħafna għal diversi kimiċi, brix u xedd mekkaniku. Trasportatur tipiku għall-immaniġġjar tal-wejfers monokristallini jidher fil-Figura 6. L-għodda tat-tessut tal-lott għandha banjijiet iddedikati għal kull pass b'tankijiet tad-dożaġġ għal kimiċi użati fil-banju. L-għodda tipproċessa ħafna trasportaturi simultanjament u tista 'tilħaq ammont ta'> 6,000 wejfers / siegħa bl-ipproċessar ta 'erba' trasportaturi fl-istess ħin.
Figura 6. Ġarriera għat-tagħbija tal-wejfers fl-għodda tal-lott. Sors: RCT solutions GmbH.
4.2 Strutturar ta 'wejfers tas-silikon multi-kristallin
Il-wejfers multi-kristallini joffru vantaġġ ta 'spiża meta mqabbla mal-wejfers mono-kristallini u għalhekk ġew adottati b'mod aktar wiesa'. Madankollu, il-kimika alkalina użata għall-istrutturar ta 'wejfers mono-kristallini ma taħdimx tajjeb għal wejfers multi-kristallini minħabba l-preżenza ta' orjentazzjonijiet differenti tal-qamħ. Ġiet żviluppata kimika aċiduża alternattiva bbażata fuq HF u HNO3 biex tneħħi l-ħsara lis-serrieq u n-nisġa tal-wejfers multi-kristallini simultanjament [17,18]. L-istrutturar ibbażat fuq soluzzjoni aċiduża jaħdem f'temperaturi taħt it-temperatura tal-kamra u għalhekk iwassal għal emissjoni ta 'gass ta' reazzjoni mnaqqsa, ftit ġenerazzjoni ta 'sħana, stabbiltà ogħla tas-soluzzjoni ta' inċiżjoni u kontroll aħjar tar-rata ta 'inċiżjoni [18]. Paragun ta 'nisġa alkalina u proċess ta' nisġa aċiduża għal wejfers multi-kristallini jidher fil-Figura 7.
Figura 7. Tqabbil ta 'nisġa alkalina u aċiduża għal wejfers multi-kristallini. Kurvi ta 'riflessjoni wara d-depożizzjoni ta' SiNx: H jintwerew ukoll għal paragun [17].
Il-proċess ta 'nisġa aċiduża ta' wejfer multi-kristallin jista 'jsir fi żmien imnaqqas b'mod sinifikanti meta mqabbel mal-proċess ta' nisġa alkalina u għalhekk jista 'jiġi implimentat f'konfigurazzjoni' inline 'fejn il-wejfers jiġu mgħoddija minn rombli mgħaddsa fil-banju ta' l-inċiżjoni. Immaġni rappreżentattiva ta 'proċess inline flimkien mal-proċess tipiku ta' texturing aċiduż tidher fil-Figura 8. Għal konfigurazzjoni ta 'ħames karreġġjati, l-għodda inline jista' jkollha throughput sa 4,000 wafers / h. Huwa importanti li wieħed jinnota li l-wiċċ tal-wejfer li jħares 'l isfel fis-soluzzjoni tal-inċiżjoni huwa minsuġ aħjar min-naħa ta' fuq u huwa n-naħa 'xemxija' għal aktar ipproċessar. Il-proċess ta 'nisġa aċiduża jwassal għall-formazzjoni ta' silikon poruż fuq il-wiċċ minsuġ li jassorbi d-dawl u jżid ukoll ir-rikombinazzjoni tal-wiċċ [18]. Għalhekk is-silikon poruż jitneħħa bl-użu ta 'soluzzjoni alkalina dilwita. Sussegwentement, jitnaddaf aċiduż (HF + HCl) jitwettaq biex jitneħħew l-ossidi u l-kontaminazzjoni tal-metall mill-uċuħ tal-wejfer.
Figura 8. (a) Proċess inline rappreżentattiv b'ħames korsiji u (b) fluss ta 'proċess ta' nisġa aċiduża għal wejfers multi-kristallini.
Huwa importanti li wieħed jinnota li l-proċess ta 'nisġa aċiduża diskuss hawn fuq huwa adattat għall-wejfers multi-kristallini isserrat bid-demel likwidu (SWS). Fl-aħħar ftit snin, il-proċess tal-isserrar bil-wajer tad-djamanti (DWS) ħa post il-qtugħ ibbażat fuq il-wajer tad-demel likwidu minħabba l-proċess u l-vantaġġi ekonomiċi [19]. Il-ħsara tas-serrieq tal-wejfers multi-kristallini SWS hija aktar mill-wejfers DWS, li għandhom skanalaturi dritti fil-fond u wiċċ ħafna iktar lixx mill-wejfers isserrat bid-demel likwidu [19]. Il-ħsara lis-serrieq għall-wejfers SWS għandha rwol importanti biex jinbeda l-proċess ta 'nisġa, li ma jseħħx għall-wejfers DWS.
Ġew proposti diversi metodi biex jissawru wejfers multi-kristallini DWS u huma mqassra fit-Tabella 2 [20]. Permezz ta 'l-irfinar tal-metodi varji, riflessanza ta' qrib 0% tista 'tinkiseb u għalhekk it-terminu' silikon iswed 'intuża għall-proċess ta' nisġa ta 'wejfers multi-kristallini DWS. RIE kien l-ewwel metodu biex isir silikon iswed u juża hexaflouride tal-kubrit (SF6) biex jirreaġixxi mas-Si u gassijiet bħal Cl2and O2 biex jgħaddi u jillimita r-reazzjoni [20]. Riċentement, ċelloli solari kummerċjali b'ħafna PERC b'effiċjenza medja ta '21.3% intwerew bi proċess ta' nisġa bbażat fuq RIE [21]. Madankollu, billi l-RIE huwa proċess ibbażat fuq il-vakwu, il-fluss huwa baxx meta mqabbel ma 'proċess inline tipiku u huma meħtieġa wkoll ipproċessar minn qabel u post-ipproċessar addizzjonali biex jitneħħew il-ħsara tas-serrieq u l-ħsara minħabba l-ibbumbardjar tal-joni, rispettivament. Varjant tal-metodu RIE li ma jeħtieġx vakwu jew plażma ġie implimentat f'għodda kummerċjali [22].
Metodu
Reaġenti
Maskra
Katalizzatur
Riflettanza minima (%)
Inċiżjoni tal-joni reattiva (RIE) | SF6/O2, SF6/ Cl2/O2, SF6/O2/ CH4 | Xejn | Xejn | 4.0 |
Impjantazzjoni tal-jone ta 'immersjoni fil-plażma (PIII) | SF6/O2 | Xejn | Xejn | 1.8 |
Irradjazzjoni bil-lejżer | CCl4, C2Cl3F3, SF6, Cl2, N2, arja | Xejn | Xejn | 2.5 |
Inċiżjoni tal-plażma | SF6 | Partiċelli nano Ag | Xejn | 4.2 |
Inċiżjoni kimika megħjuna mill-metall (MACE) | AgNO3/ HF / HNO3 | Xejn | Ag, Au | 0.3 |
Inċiżjoni elettrokimika | HF, EtOH, H2O | Xejn | Xejn | & lt; 5.0 |
Tabella 2. Metodi varji għat-tessut ta 'wejfers multi-kristallini isserrati bil-wajer tad-djamanti [20].
Wieħed mill-approċċi għall-istrutturar ta 'wejfers multi-kristallini DWS huwa li ttejjeb il-kimika eżistenti bbażata fuq l-istruttura aċiduża b'addittivi [23,24,25]. Approċċ bħal dan jista 'potenzjalment ikollu CoO aktar baxx meta mqabbel mal-approċċ ibbażat fuq il-MACE [23]. Ir-riflessjoni ta 'approċċ bħal dan ibbażat fuq l-addittiv intwera li hija simili għas-soluzzjoni konvenzjonali ta' isotexturing b'effiċjenza taċ-ċelloli solari ta '18.7% għall-istruttura bbażata fuq Al-BSF [24].
In-nisġa bbażata fuq il-MACE hija simili għall-metodu konvenzjonali ta 'inċiżjoni aċiduża bi pass addizzjonali ta' depożizzjoni ta 'metall katalitiku. Il-fluss tal-proċess jikkonsisti minn SDR, depożizzjoni tal-metall katalist, inċiżjoni kimika u post-trattament. Effiċjenzi ta '19.2% inkisbu għal ċelloli kummerċjali multi Al-BSF bl-użu ta' proċess ta 'nisġa MACE tat-tip lott [26]. Għodda kummerċjali bbażata fuq il-MACE tat-tip inline ġiet murija bil-possibbiltà li tirfina r-riflettanza fil-medda ta '12-23% u tikseb effiċjenza medja għall-istruttura Al-BSF u PERC ta' 18.8 u 20.2%, rispettivament [27]. Stampi rappreżentattivi ta ’wiċċ minsuġ ibbażat fuq il-proċess MACE huma murija fil-Figura 9. L-ispiża tas-sjieda (CoO) tal-proċess MACE inline hija potenzjalment aktar baxxa meta mqabbla mal-proċess MACE ibbażat fuq lott bi skop biex dan jitnaqqas aktar billi tirriċikla Ag mill-banju tat-tessut [27].
Figura 9. Wafers multi DWS minsuġa b’MACE, (a) wiċċ b’Ravg=12% u (b) wiċċ b’Ravg=22% [27].
4.3 Iżolament tat-tarf ibbażat fuq il-kimika mxarrba
Ir-reġjun tal-emittent f'ċellula solari huwa ffabbrikat minn proċess ta 'diffużjoni ta' temperatura għolja (li għandu jiġi diskuss fit-taqsimiet li ġejjin). Matul il-proċess ta 'diffużjoni, il-ħġieġ tas-silikat tal-fosfru (PSG) jiġi depożitat fuq il-wejfer li għandu jitneħħa qabel id-depożizzjoni tas-saff ARC. Kif muri fil-Figura 10, wara l-pass tad-diffużjoni, ir-reġjun tat-tip n huwa preżenti wkoll fuq it-truf u n-naħa ta ’wara tal-wejfer. Is-saff tat-tip n fuq it-truf u n-naħa ta ’wara se jqassam l-emittent bis-substrat bażi u għalhekk huwa importanti li nnaqqsu dawn ir-reġjuni u niżolaw l-emittent fuq l-FS mis-sottostrat bażi kif muri fil-Figura 10 (c).
Figura 10. Proċessar tal-wejfer tas-silikon wara diffużjoni u iżolament tat-tarf (a) Wafer tas-silikon minsuġ, (b) Wafer tas-silikon imxerred, (c) Wafer tas-silikon imxerred wara iżolament tat-tarf.
Il-proċess ta 'iżolament tat-tarf jista' jitwettaq b'mod inline simili għall-proċess ta 'nisġa diskuss fit-taqsima preċedenti. L-eċċezzjoni f'dan il-każ hija li l-kimika għandha tiskatta biss in-naħa ta 'wara u t-truf mingħajr ma tinteraġixxi ma' l-FS. Immaġni rappreżentattiva tal-proċess ta 'iżolament tat-tarf tidher fil-Figura 11. Huwa importanti li wieħed jinnota li r-rombli huma preżenti biss fuq in-naħa tal-qiegħ biex jiġi evitat kwalunkwe kuntatt tas-soluzzjoni tal-inċiżjoni man-naħa ta' quddiem. Il-passi sussegwenti wara l-inċiżjoni RS huma simili għal dawk fil-magna tat-tessutar inline.
Figura 11. Immaġni rappreżentattiva taċ-ċellola solari f'banju ta 'iżolament tat-tarf inline.
5. Proċessi termali għall-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari
Proċessi ta 'temperatura għolja jiffurmaw parti vitali mill-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari. Eżempji ta 'proċessi bħal dawn qed jiffurmaw il-junction pn permezz ta' diffużjoni, isparar ta 'kuntatti stampati bl-iskrin, attivazzjoni ta' saffi ta 'passivazzjoni tal-wiċċ jew difetti kkawżati mill-proċess ta' ttemprar. It-taqsima tagħti ħarsa lejn il-fiżika bażika tal-proċess tad-diffużjoni tal-emittent u d-depożizzjoni tal-fwar kimiku mtejjeb mill-plażma (PECVD).
5.1 Diffużjoni tal-emittent
Id-diffużjoni tal-emittent hija waħda mill-passi termali kruċjali fil-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari industrijali. L-emittent tat-tip n taċ-ċelloli solari tas-silikon kristallin tat-tip p huwa ffurmat mid-diffużjoni tal-fosfru (P). Fil-proċess ta 'diffużjoni, il-wejfers tas-Si jintbagħtu f'forn u jiġu esposti f'temperatura ta' 800-900 ° C għal phosphoryl chloride (POCl3) u O2 li jirriżulta f'depożizzjoni ta 'PSG fuq l-uċuħ tal-wejfer Si Dan il-pass jissejjaħ bħala pre-depożizzjoni, fejn il-PSG [28] jaġixxi bħala sors ta 'dopants tal-fosfru (P) biex jinfirex fil-wejfer tas-Si. Il-pass li jmiss huwa drive-in, fejn il-provvista ta 'gassijiet dopanti hija skonnettjata u P mis-saff PSG jinfirex aktar fil-wejfer Si. Hannes etal. [29] juri għall-fattibbiltà tal-proċess ottimali għal applikazzjonijiet fotovoltajċi, għandhom jiġu kkunsidrati tliet effetti differenti. L-ewwelnett, in-diffużjoni ta 'P mill-PSG u l-preżenza tagħha fi stati elettriċi attivi u inattivi fil-wejfer Si, li jżid ir-rikombinazzjoni ta' Shockley-Read-Hall (SRH). It-tieni, il-ġbir ta 'impuritajiet fis-saff Si lejn is-saff PSG. Fl-aħħarnett, il-formazzjoni tal-kuntatt tal-metall bl-emittent Si doped P tiġbed il-qawwa ġġenerata.
Il-proċess tad-diffużjoni huwa kkwantifikat bir-reżistenza tal-folja li tiddependi fuq il-fond tal-junction pn u l-profil tal-konċentrazzjoni P. Ir-reżistenza tal-folja għandha unitajiet ta 'Ω / cm (komunement imkejla bħala Ω / □) u hija mkejla bl-użu ta' sistema ta 'sonda b'erba' punti. Id-definizzjoni tar-reżistenza tal-folja hija murija fl-Eq. (1).
fejn R=reżistenza ta 'sezzjoni rettangolari (Ω); ρ=reżistività (Ω cm); l=tul tas-sezzjoni rettangolari (cm); A=erja tas-sezzjoni rettangolari (cm2); W=wisa' tas-sezzjoni rettangolari (cm ); D=il-fond tat-taqsima rettangolari (ċm) u l-folja=reżistenza għal fond mogħti (D) meta l=W (Ω / □).
Il-valuri preċedenti tar-reżistenza tal-folja tal-emittent kienu 30-60Ω / □ b'fond ta 'junction pn ta'> 400nm u konċentrazzjoni għolja tal-wiċċ ta 'P. B'titjib fil-pejst tal-fidda (Ag) li jikkuntattja fuq in-naħa ta 'quddiem, ir-reżistenza tal-folja tal-emittent issa hija fil-medda ta' 90-110Ω / □ b'fond ta 'junction ta' madwar 300nm u konċentrazzjoni tal-wiċċ P aktar baxxa. Il-bidla għal reżistenza tal-folja akbar tippermetti li taqbad aktar dawl fl-ispettru UV u blu, filwaqt li tnaqqas ukoll ir-rikombinazzjoni tal-wiċċ biex ittejjeb il-Vok. Għandu jiġi nnutat li l-proċess ta 'diffużjoni jseħħ fuq l-FS (espost direttament għall-gassijiet) u wkoll fuq it-truf u l-RS. Jekk il-proċess ta 'iżolament tat-tarf ma jitwettaqx (kif diskuss fit-Taqsima 4.3), l-emittent ikun ixxortjat mas-substrat.
Il-Figura 12 turi l-proċess ta 'diffużjoni POCl3 f'sistema magħluqa ta' tubu tal-kwarz. Bit-taħlit
Figura 12. (a) Rappreżentazzjoni skematika tal-proċess ta 'diffużjoni tat-tip tal-lott u (b) immaġni rappreżentattiva ta' tagħmir tad-diffużjoni tat-tip tal-lott. Sors: centrotherm GmbH.
Fil-wiċċ tas-Si,
Il-kloru li huwa prodott sekondarju matul id-depożizzjoni minn qabel inaddfu l-wejfers u t-tubu tal-kwarz billi jiffurmaw kumplessi bil-metalli. PSG jintuża bħala sors biex issuq fl-atomi P fil-wiċċ Si. Matul il-proċess tad-drive-in, POCl3is mitfi u O2is miżjud biss biex jibni saff irqiq ta 'ossidu taħt il-PSG biex itejjeb id-diffużjoni ta' atomi P fil-wiċċ Si.
Ġewwa t-tubu tad-diffużjoni hemm ħames żoni tat-tisħin kif muri fil-Figura 13. Iż-żoni huma:
Żona tat-tagħbija (LZ) —żona minn fejn jitgħabbew il-wejfers fit-tubu.
Żona tat-tagħbija ċentrali (CLZ) —żona bejn iż-żona tat-tagħbija u ż-żona taċ-ċentru.
Żona Ċentrali (CZ) —erja taċ-ċentru tat-tubu.
Żona tal-gass ċentrali (CGZ) —żona bejn iż-żona ċentrali u ż-żona tal-gass.
Żona tal-Gass (GZ) —żona minn fejn il-gassijiet joħorġu mill-egżost.
Figura 13. Żoni tat-tisħin ġewwa t-tubu tad-diffużjoni.
Tipikament it-temperaturi ta 'kull żona tat-tisħin huma aġġustati biex tinkiseb reżistenza ugwali tal-folja tal-emitter għall-wejfers kollha madwar id-dgħajsa.
L-ambjent tal-proċess tat-tixrid għandu jkun nadif ħafna u għalhekk jintuża materjal tal-kwarz għat-tubi. L-indafa tat-tubi u l-manutenzjoni taż-żona tat-tagħbija jaffettwaw ukoll ir-riżultati tal-proċess. Billi fid-diffużjoni tal-fażi tal-gass m'hemm l-ebda residwu fit-tubu, jirriżulta fi proċess aktar nadif. B'nofs tagħbija tal-pitch fil-kundizzjonijiet ta 'pressjoni baxxa (LP) [31], il-fluss jista' jiżdied. Komunement 1,000wafers jitgħabbew f'tubu wieħed u b'ħames tubi ta 'diffużjoni f'sistema ta' diffużjoni tat-tip batch, throughput ta 'sa 3,800wafers / h jista' jinkiseb għall-manifattura taċ-ċelloli solari.
Sistema ta 'diffużjoni inline fejn il-wejfers huma ttrasportati fuq ċinturin bl-aċidu fosforiku bħala s-sors ta' dopanti P intużat ukoll fil-produzzjoni kummerċjali [32]. Madankollu, meta mqabbel mal-proċess inline, il-proċess tal-lott huwa aktar nadif, effettiv u effiċjenti. Għal ċelloli solari tat-tip n jew kunċetti ta ’ċelloli solari avvanzati bħal PERT, id-diffużjoni tal-lott tat-tip p hija bbażata fuq sorsi ta’ dopant tal-boron (B) bħal tribromide tal-boron (BBr3) [33,34].
5.2 Depożizzjoni ta 'kisi anti-riflettiv (ARC)
Wiċċ Si vojt jirrifletti> 30% tal-inċident tad-dawl. Kif diskuss fit-Taqsima 4, il-proċess ta 'nisġa jtejjeb il-qbid tad-dawl. Huwa mixtieq li titnaqqas aktar ir-riflettanza li tinkiseb billi jiġi depożitat saff ARC. TiOx kien wieħed mill-ewwel materjal li ntuża bħala saff ARC għaċ-ċelloli solari, madankollu peress li ma setax jipprovdi passivazzjoni adegwata tal-wiċċ eventwalment ġie sostitwit minn SiNx: H [37]. L-ossidu tas-silikon imkabbar termalment (SiO2) kien ukoll impjegat bħala l-materjal passivanti fir-rekord li jkisser iċ-ċelloli ta 'l-emittent passivat ta' wara mxerred lokalment (PERL) [37]. Baġit termali għoli u ħin twil ta 'proċess għamlu passivazzjoni bbażata fuq SiO2 mhux adattata għall-produzzjoni tal-massa ta' ċelloli solari [37]. Reviżjoni komprensiva ta 'diversi ARC u materjal passivanti għal applikazzjonijiet ta' ċelloli solari hija diskussa f '[37].
Il-proċess tad-depożizzjoni tal-fwar kimiku mtejjeb bil-plażma (PECVD) huwa adattat għad-depożitu ta ’saff ARC ta’ SiNx: H li mhux biss inaqqas ir-riflessjoni imma wkoll jgħaddi l-emittent tat-tip n-naħa ta ’quddiem u l-massa u b’hekk ittejjeb l-effiċjenza taċ-ċellola solari [36, 37]. Skematika ta 'sistema PECVD tat-tip batch tidher fil-Figura 14. Il-wejfers jitgħabbew f'dgħajsa tal-grafita bil-ġnub ta' quddiem iħarsu lejn xulxin. Plażma RF ibbażata fuq gassijiet ta 'proċess ammonja (NH3) u silane (SiH4) li joperaw f'temperatura ta' 400-450 ° C jiddepożitaw is-saff idroġenat ta 'SiNx: H skond il-perEq. (4) [35]. L-idroġenu inkorporat fil-film SiNx: H jinfirex fil-massa matul il-pass tan-nar (diskuss fit-taqsima li jmiss) u jgħaddi l-bonds imdendlin biex itejbu l-prestazzjoni taċ-ċelloli solari [36,37].
Figura 14. (a) Dijagramma skematika tal-proċess tal-lott tat-tip PECVD għad-depożizzjoni SiNx: H u (b) dgħajsa tal-grafita għat-tagħbija tal-wejfers tas-Si fil-forn PECVD.
L-indiċi refrattiv (RI) tal-film SiNx: H huwa kkontrollat mill-proporzjon ta 'SiH4 / NH3gas, filwaqt li l-ħxuna tiddependi fuq it-tul tad-depożizzjoni. L-ARC ibbażat fuq SiNx: H jista 'jimminimizza r-riflessjoni għal wavelength waħda u l-ħxuna tal-wavelength hija mogħtija minn [38],
fejn=ħxuna tas-saff SiNx: H ARC, λ0=wavelength tad-dawl li dieħel u n1=indiċi refrattiv tas-saff SiNx: H.
Ibbażat fuq ir-relazzjoni, l-ARC jissejjaħ ukoll bħala 'kwart ta' wavelength ARC '. Għaċ-ċelloli solari, l-RI u l-ħxuna huma magħżula biex jimminimizzaw ir-riflessjoni f'wavelength ta '600nm peress li huwa l-quċċata tal-ispettru solari. Il-ħxuna u l-RI ta 'l-ARC huma magħżula biex ikunu l-medja ġeometrika ta' materjali fuq kull naħa, jiġifieri, ħġieġ / arja u Si. Il-ħxuna tipika tas-SiNx: H ARC hija 80-85nm b'RI ta '2.0-2.1 tagħti ċ-ċellola solari kulur ta' blu għal blu vjola. Immaġni rappreżentattiva taċ-ċellola solari multi-kristallina minsuġa depożitata bis-SiNx: H tidher fil-Figura 15 (a), filwaqt li l-varjazzjoni tal-kulur SiNx: H ibbażata fuq il-ħxuna tagħha tidher fil-Figura 15 (b). Huwa importanti li wieħed jinnota li hemm dipendenza fuq in-nisġa tal-wiċċ u l-kulur ARC għal parametri ta 'depożizzjoni mogħtija. Hemm varjetà ta 'moduli solari fejn il-kulur taċ-ċelloli solari huwa iktar skur b'differenza mill-kulur blu tipiku. Stadju ta 'depożizzjoni ARC tipiku f'linja tal-manifattura taċ-ċelloli solari jikkonsisti f'żewġ sistemi PECVD, kull wieħed b'erba' tubi u throughput ta 'sa 3,500wafers / h.
Figura 15. (a) Immaġni rappreżentattiva ta 'SiNx: ċellola solari multi-kristallina miksija b'H, (b) varjazzjoni ta' saff SiNx: H ibbażata fuq il-ħxuna tagħha.
SiNx: H mhux adattat għall-passivazzjoni ta 'Si tat-tip p u għalhekk dielettriċi bħal Al2O3 jintużaw għal passivazzjoni RS għal arkitettura ta' ċelloli bħal ċelloli PERC [8] jew għal emittenti tat-tip p f'ċelloli solari tat-tip n. Għaċ-ċelloli solari tal-PERC, is-saff passivanti Al2O3 huwa mgħotti minn SiNx: H biex jipproteġih mill-Al-paste matul il-proċess ta 'l-isparar u jservi wkoll bħala riflettur intern għad-dawl tal-wavelength twil. PECVD kummerċjali u sistemi bbażati fuq depożizzjoni ta 'saff atomiku (ALD) huma disponibbli għad-depożitu ta' Al2O3 bi fluss sa 4,800 wafers / h [39].
6. Metallizzazzjoni u karatterizzazzjoni taċ-ċelloli solari
6.1 Metallizzazzjoni bbażata fuq l-istampar tal-iskrin
L-aħħar pass tal-ipproċessar għall-fabbrikazzjoni taċ-ċelloli solari huwa l-metallizzazzjoni FS u RS biex tiġbed l-enerġija b'telf reżistiv minimu. Ag huwa materjal ta 'kuntatt tajjeb għall-emittent tat-tip n, filwaqt li Al jagħmel kuntatt tajjeb ħafna mas-sottostrat tat-tip p. Taħlita ta 'pejst Ag / Al tintuża biex tipprintja pads fuq l-RS biex tiffaċilita l-interkonnessjoni ta' ċelloli solari f'modulu. L-istampar bl-iscreen huwa proċess sempliċi, veloċi u li jevolvi kontinwament għall-metallizzazzjoni taċ-ċelloli solari.
Rappreżentazzjoni skematika tal-proċess ta 'screen-printing tidher fil-Figura 16. L-iskrins għandhom xibka ta' l-istainless steel miksija b'emulsjoni b'fetħiet skond il-mudell ta 'metallizzazzjoni mixtieq kif muri fil-Figura 17 (a). Il-pejst tal-metall huwa mifrux fuq l-iskrin permezz tal-għargħar u l-moviment tas-squeegee li jiddepożita l-pejst fuq iċ-ċellola solari abbażi tal-mudell tal-iskrin. Snap-off hija d-distanza l-iskrin u ċ-ċellola solari. Il-pressjoni tas-squeegee u d-distanza ta 'snap-off huma l-parametri kritiċi li jiddeterminaw it-tqegħid tal-pejst u l-ġeometrija tas-swaba' Ag FS.
Figura 16. Illustrazzjoni tal-proċess ta ’screen-printing għall-metallizzazzjoni taċ-ċelloli solari.
Figura 17. (a) Skrin tal-malja-emulsjoni bil-ftuħ tas-swaba 'għall-istampar FS Ag [40] u (b) mudell rappreżentattiv tal-metallizzazzjoni FS.
Pejst tipiku jistabbilixxi għal pads Ag / Al RS, RS Al u FS Ag huma 35-45mg, 1.1-1.4g u 100-120mg, rispettivament għal ċellola solari multi-kristallina Al-BSF ta '6 pulzieri. Mudell illustrattiv tal-metallizzazzjoni Ag FS jidher fil-Figura 17 (b). Il-ftuħ tas-swaba 'Ag naqas għal taħt it-30μm, filwaqt li l-applikazzjoni ta' 5 bus-bar qed tiġi adottata dejjem aktar issa. B'tali parametru ta 'skrin u pejst tajjeb jistabbilixxu, FF konsistenti ta'> 80% għandu jinkiseb għaċ-ċelloli solari Al-BSF b'telf ta 'sfumatura ottika ta'<>
6.2 It-tnixxif u l-isparar mgħaġġel ta 'pejsts tal-metallizzazzjoni
Il-pejsts tal-metallizzazzjoni jikkonsistu fi trab tal-metall, solventi u legaturi organiċi. Fil-każ ta 'pejst FS Ag, il-pejst fih ukoll frit tal-ħġieġ waqt li jnaqqas is-saff SiNx: H u jagħmel kuntatt mal-emittent tat-tip n [41]. Il-pejsts tal-metall jitnixxfu wara l-istampar u fl-aħħar jintbagħtu minn forn li jaqbad malajr għas-sinterizzazzjoni u jiffurmaw il-kuntatt RS Al-BSF u FS Ag. Eżempju ta 'tali forn li jaqbad malajr bil-profil tat-temperatura huwa muri fil-Figura 18. Il-proċess ta' sinterizzazzjoni tas-swaba 'FS Ag huwa muri fil-Figura 19. Meta ċ-ċellula solari tgħaddi mill-forn li jaħdem malajr, il-legaturi organiċi jinħarqu, segwiti mit-tidwib. tal-frit tal-ħġieġ u fl-aħħar il-formazzjoni tal-kristalliti Ag li jikkuntattjaw l-emittent tat-tip n. Il-profil tal-isparar jeħtieġ li jkun irfinat abbażi tat-tipi speċifiċi ta 'pejsts tal-metallizzazzjoni u l-profil tad-diffużjoni tal-emittent. Bħala eżempju, it-temperatura tal-quċċata tan-nar tista 'tkun baxxa biex ma tifformax kuntatt ohmiku tajjeb fuq l-FS, filwaqt li temperatura għolja wisq tista' twassal għal diffużjoni ta 'Ag permezz tal-junction u shunting tal-junction pn. Immaġni ta 'ċellola solari Al-BSF multi-kristallina kompluta tidher fil-Figura 20.
Figura 18. (a) Eżempju ta 'forn li jaqbad għas-sinterizzazzjoni ta' kuntatti tal-metall u (b) profil illustrattiv tat-temperatura ta 'forn li jaqbad. Sors: centrotherm GmbH.
Figura 19. Illustrazzjoni tal-proċess ta 'sparar. (a) Ħruq mill-legaturi organiċi, (b) tidwib tal-frit tal-ħġieġ li jnaqqas is-SiNx: H u (c) Formazzjoni tal-kristallit Ag fl-interface tal-emittent.
Figura 20. (a) FS ta 'ċellula solari kompluta u (b) RS ta' ċellula solari kompluta.
6.3 Metallizzazzjoni tal-ġenb ibbażata fuq il-kisi
L-ispiża ta 'diversi fatturi fl-ipproċessar taċ-ċelloli solari naqsu matul is-snin, filwaqt li l-kontribuzzjoni ta' l-Ag ta 'quddiem għadha l-aktar sinifikanti [42]. Ammont sinifikanti ta 'xogħol sar biex tinbidel Ag b'metall alternattiv bħar-ram (Cu) li għandu valur ta' konduttività viċin ħafna ta 'dak ta' Ag u joffri wkoll vantaġġ potenzjali ta 'spiża sinifikanti [43,44]. Cu għandu diffużività u solubilità għolja fis-Si u għalhekk saff barriera bħan-nikil (Ni) jiġi depożitat fuq Si qabel il-kisi tal-Cu [42]. Kisi indott mid-dawl (LIP) li huwa derivat mill-kisi konvenzjonali juża l-effett fotovoltajku tad-dawl biex iwassal il-metall mixtieq u għandu bosta vantaġġi meta mqabbel mal-kisi konvenzjonali [43,44].
Il-metallizzazzjoni fuq in-naħa ta ’quddiem ibbażata fuq in-Ni-Cu teħtieġ pass ta’ mudellar ARC addizzjonali fuq in-naħa ta ’quddiem b’differenza mill-metallizzazzjoni bbażata fuq il-pejst Ag u f’ħafna każijiet ukoll pass addizzjonali ta’ sinterizzazzjoni tan-Ni biex tnaqqas ir-reżistenza tal-kuntatt u jkollha adeżjoni tajba tal-munzell tal-metall [42 ]. Ċelloli solari kummerċjali mc-Si maqtugħa DWS ibbażati fuq munzell miksi b'Ni-Cu-Ag intwerew b'wisa 'tas-swaba' ta '22μm, proporzjon ta' l-aspett viċin 0.5 u effiċjenza simili bħal dik taċ-ċelloli solari bbażati fuq Ag stampati bl-iskrin ta 'referenza [45 ].
Titjib kontinwu fil-pejst Ag FS flimkien mas-sempliċità, l-affidabilità u l-fluss għoli tal-proċess ta 'screen-printing għamilha diffiċli għall-metallizzazzjoni bbażata fuq Ni-Cu biex tikkompeti ma' metallizzazzjoni FS ibbażata fuq Ag. Madankollu, kunċetti ta 'effiċjenza għolja taċ-ċelloli solari bħal ċelloli solari b'eteroġunzjoni bifaċjali, fejn Cu jista' jkun direttament miksi fuq l-ossidu konduttiv trasparenti, il-proċess tal-kisi huwa ssimplifikat u jeħtieġ biss għodda waħda [39]. Bl-istess mod, kunċetti ta 'effiċjenza għolja li jeħtieġu ammont imnaqqas ta' metall jistgħu jiksbu l-istess billi jużaw metallizzazzjoni bbażata fuq il-kisi [42,46].
6.4 Ittestjar IV u karatterizzazzjoni ta 'ċelloli solari
L-aħħar pass huwa l-ittestjar IV taċ-ċelloli solari kompluti skont il-kundizzjonijiet standard tat-test (STC), jiġifieri, AM 1.5G, 1000W / m2 b'simulatur solari tal-Klassi AAA. Eżempju ta 'probing FS taċ-ċellula solari jidher fil-Figura 21. Il-parametri tipiċi miksuba mit-tester IV huma indikati fit-Tabella 3. It-testers IV għandhom bosta parametri ta' karatterizzazzjoni li jistgħu jkunu ta 'għajnuna għad-dijanjosi tad-difetti taċ-ċelloli solari. L-elettroluminixxenza rappreżentattiva (EL) u l-immaġni IR termali ta 'ċellula solari b'xi difetti huma murija fil-Figuri 22 (a) - (c). Immaġni EL ta 'ċellula solari tajba b'intensità uniformi tidher fil-Figura 22 (a), filwaqt li għal ċellola solari li fiha s-swaba' FS mhumiex stampati b'mod uniformi, jista 'jidher kuntrast iktar skur fil-Figura 22 (b). ) turi immaġni IR termali ta 'ċellola solari b'xunt lokalizzat li ġie ffurmat matul wieħed mill-istadji tal-ipproċessar. Fl-aħħar, iċ-ċelloli solari huma magħżula f'bins ta 'effiċjenza differenti bbażati fuq il-klassifikazzjoni magħżula.
Figura 21. Kejl ta 'l-IV FS probing għall-karatterizzazzjoni taċ-ċelloli solari.
Parametru
Kummenti
Voc(V) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajba għandhom valur ta '& gt; 0.635V |
Isc(A) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajba għandhom valur ta '& gt; 9.0 A |
FF (%) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajba għandhom valur ta '& gt; 80% |
Effiċjenza (%) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajbin għandhom valur ta '& gt; 18.6% |
Vmpp(V) | Vultaġġ korrispondenti fil-punt massimu tal-qawwa |
Impp(A) | Kurrent korrispondenti fil-punt ta 'qawwa massima |
Rs(Ω) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajba għandhom valur ta '& lt; 1.5 mΩ |
Rsh(Ω) | Ċelloli solari mc-Si Al-BSF tajba għandhom valur ta '& gt; 100Ω |
Irev(A) | Il-kurrent invers b'vultaġġ ta '-12V għandu jkun< 0.5="" a="" għal="" ċelloli="" solari=""> |
Reżistenza FS BB-BB (Ω) | Reżistenza mkejla bejn il-BB's fuq l-FS |
Reżistenza RS BB-BB (Ω) | Reżistenza mkejla bejn il-BB's fuq l-RS |
Tabella 3. Parametri għall-karatterizzazzjoni ta 'ċellula solari miksuba minn kejl IV.
Figura 22. (a) immaġni EL ta 'ċellola solari tajba, (b) immaġni EL ta' ċellula solari b'nuqqas ta 'uniformità fl-istampar tas-swaba' Ag u (c) immaġni IR termali ta 'ċellula solari li tindika preżenza ta' shunts lokalizzati.
7. Xejriet futuri
DWS sar l-istandard għall-wejfers mono-kristallini, filwaqt li huwa mistenni li jkollu sehem mis-suq ta '& gt; 80% sal-2022 għall-wejfers multi-kristallini [2]. SWS għal wejfers multi-kristallini huwa mistenni li jieqaf gradwalment sa dak iż-żmien. Bid-DWS, it-telf tal-kerf isir ukoll< 80μm="" sal-2022,="" li="" min-naħa="" tiegħu="" jnaqqas="" il-konsum="" tal-poly-si="" għal="" kull="" wejfer="" taħt="" il-15g.="" id-disinn="" 3bb="" għall-kuntatti="" ta="" ’quddiem="" huma="" mistennija="" li="" jispiċċaw="" gradwalment="" sal-2020="" b’sehem="" ta’="" 50%="" għad-disinn="" 5bb.="" b'titjib="" kontinwu="" fil-pejsts="" u="" l-iskrins="" ag,="" il-wisa="" 'tas-swaba'="" fs="" hija="" pproġettata="" li="" tnaqqas="" għal="" 30μm="" sal-2022.="" l-għodod="" tal-ipproċessar="" kimiku="" mxarrab="" qasmu="" l-fluss="" ta="" '8,000="" wafers="" h="" fl-2018="" u="" jmissu="" 9,000="" wafers="" h="" sal-2020.="" laħqu="" throughput="" ta="" '5000wafers="" h="" fl-2018="" u="" mistennija="" jaqsmu="" 7,000wafers="" h="" sal-2020.="" is-sezzjoni="" tal-metallizzazzjoni="" u="" l-ittestjar="" issortjar="" iv="" hija="" mistennija="" li="" jkollha="" throughput="" ta'=""> 7,000wafers / h sal-2022.
Teknoloġija taċ-ċelloli bbażata fuq Al-BSF li għandha sehem mis-suq ta '& gt; 60% fl-2018 huwa mistenni li jonqos għal< 20%="" sal-2025.="" b'aktar="" enfasi="" fuq="" kunċetti="" ta'="" ċelloli="" solari="" b'effiċjenza="" għolja,="" sehem="" ta="" 'perc="" it-teknoloġija="" hija="" mistennija="" li="" tkun=""> 50% sal-2022. L-effiċjenza tal-produzzjoni tal-Mono PERC hija mistennija li tkun> 22% sal-2022, filwaqt li għal multi PERC għandha tmiss 21% sal-istess ħin. Aspett importanti relatat ma 'multi-PERC huwa l-mitigazzjoni ta' problema bbażata fuq LeTID biex jimminimizza t-telf ta 'effiċjenza wara installazzjonijiet tal-moduli fil-qasam. Ċelloli Si HJ b'effiċjenzi ta '& gt; 22% fl-2018 wara li mistennija jilħqu effiċjenza stabbli ta' 23% sal-2020, b'sehem fis-suq ta 'madwar 10% sal-2022. Ċelloli bifaċjali b'effiċjenza għolja b'vantaġġ addizzjonali li jittieħdu s-solari ir-radjazzjoni min-naħa ta 'wara hija mistennija li jkollha sehem mis-suq ta' 20% sal-2022. Ċelloli solari b'kuntatt ta 'wara tat-tip N huma mistennija li jaqsmu l-effiċjenza ta' 24% sal-2020.
8. Konklużjonijiet
Iċ-ċelloli solari tas-Si saru parti importanti mill-qasam tal-enerġija rinnovabbli matul l-aħħar għexieren ta ’snin b’teknoloġiji tal-manifattura mmaturati. Ostji multi-kristallini tat-tip P saru l-waqfa ewlenija għall-produzzjoni taċ-ċelloli solari. Madankollu, b'effiċjenza ogħla u spejjeż tal-produzzjoni li jonqsu, iċ-ċelloli solari monokristallini wkoll kisbu sehem sinifikanti u huma mistennija li jikkompetu mill-qrib ma 'wejfers multi-kristallini fil-futur qarib. Għat-teknoloġija standard Al-BSF, 19 u 20% sar il-punt ta 'riferiment għal ċelloli solari multi-kristallini u mono-kristallini, rispettivament. Iċ-ċelloli Mono-PERC u multi-PERC laħqu effiċjenzi stabbilizzati ta '21.5 u 20%, rispettivament. Barra minn hekk, PERC jipprovdi wkoll approċċ aktar sempliċi għaċ-ċelloli solari bifaċjali billi jkollu xejra ta 'gradilja fuq l-RS minflok il-kuntatt taż-żona sħiħa. Ċelloli solari b'effiċjenza għolja tat-tip n u bifacial għandhom sehem mis-suq ta '& lt; 10% li huwa mistenni li jiżdied fil-futur. It-teknoloġiji tal-manifattura mmaturaw konsiderevolment matul l-aħħar ftit snin b'aktar titjib biex jiżdied il-fluss.
Rikonoxximenti
L-awturi jixtiequ jirringrazzjaw lill-kollegi minn RCT Solutions GmbH li minnhom ittieħdu ftit mill-kontenuti għall-kapitlu. Mehul C.Raval jixtieq jirringrazzja lill-kollega Jim Zhou għad-diskussjonijiet dwar it-tessutjar tas-silikon iswed.
