Manba: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
Mehul C. Raval va Sukumar Madugula Reddi tomonidan
Taqdim etilgan: Oktyabr 4th 2018 Ko'rib chiqilgan: 2019 yil 29-yanvar Nashr qilingan: 15-may 2019 yil
DOI: 10.5772 / intechopen.84817
Xulosa
Ushbu bob sanoat kremniyli quyosh batareyalarini ishlab chiqarish texnologiyalari bilan hozirgi holati bilan tanishtiradi. Tijorat p-tipi va yuqori samaradorlikdagi n-tipli quyosh xujayralari tuzilmalari muhokama qilinadi va taqqoslanadi, shunda o'quvchi sanoat quyosh xujayralarida boshlanishini boshlashi mumkin. Teksturadan ekranga bosib metallizatsiyalashgacha bo'lgan turli xil bosqichlarni qisqacha ko'rib chiqish taqdim etiladi. Monokristalli va ko'p kristalli silikon gofretlar uchun teksturalash jarayonlari so'nggi jarayonlar bilan ko'rib chiqildi. Diffuziya va akslantirishga qarshi qoplama yotqizilishining termik jarayonlari haqida ortiqcha ma'lumotlar berilgan. Quyosh batareyalarini metallizatsiyalash uchun ekranga bosib chiqarish jarayoni yaxshi yo'lga qo'yilgan bo'lib, kontaktlarning zanglashiga olib boradigan tez otish pog'onasi kiritilgan. Quyosh xujayralarini tavsiflash uchun turli xil parametrlarga ega quyosh xujayralarining IV sinovi joriy etildi. Kelgusi kutilayotgan tendentsiyalar bilan bir qatorda turli xil jarayonlar va uskunalarni ishlab chiqarishdagi so'nggi o'zgarishlar muhokama qilinadi.
Kalit so'zlar
kremniy
quyosh xujayralari
ishlab chiqarish
ko'p kristalli
mono-kristalli
tekstura
1.Kirish
Fotovoltaiklar muhim qayta tiklanadigan energiya manbai bo'lib, 2007 yilda 8 GVt dan 2017 yilda 400 GVt ga o'sdi [1]. Borayotgan talab bilan birga PV tizimining tannarxi ham 35,7 $ / Wpin 1980 dan 0,34 $ / Wpin 2017 gacha sezilarli darajada pasayib ketdi va uni qabul qilishni tezlashtirmoqda [2]. Mikroelektronika sanoatining muhim moddasi bo'lgan kremniy (Si) 1950 yildan beri> 90% [2] bozor ulushi bilan quyosh xujayralarining keng tarqalgan asosiy moddasi hisoblanadi. Ushbu bobda tijorat kremniy quyosh batareyalarini ishlab chiqarishning odatiy bosqichlari keltirilgan. Quyosh xujayralarining qisqacha tarixi va kremniy substratlarining turini turli xil quyosh xujayralari arxitekturasi bilan bir qatorda 2 va 3 bo'limlarda tanishtiriladi. Keyinchalik, ishlab chiqarishda ishlatiladigan nam kimyoviy va yuqori harorat bosqichlari bo'limlarda bayon qilinadi. 4 va 5. 6-bo'limda metallizatsiya jarayoni va tijorat quyosh xujayralari uchun tavsiflovchi parametrlar muhokama qilinadi. Va nihoyat, kelajakdagi yo'l xaritasi va kutilayotgan tendentsiyalar yakuniy bo'limda muhokama qilinadi.
2. Quyosh xujayralarining rivojlanishi
"Fotovoltaik effekt" to'g'ridan-to'g'ri yorug'lik ta'sirida kuchlanish hosil bo'lishini anglatadi. Bu hodisani birinchi marta frantsuz fizigi Edmund Bekkerel 1839 yilda elektrokimyoviy xujayrada kuzatgan bo'lsa, uni ingliz olimlari WGAdams va REDay 1876 yilda selendan yasalgan qattiq jismli qurilmada kuzatgan [3]. 1950-yillardan boshlab< 1%="" dan=""> 23% [2] gacha bo'lgan tijorat quyosh xujayralarining ishlashida tez sur'atlar bor edi va kremniy fotoelektrik sanoatning "ishchi oti" bo'ldi. keyin. Kremniy quyosh xujayralarining evolyutsiyasi 1-rasmda keltirilgan.
Shakl 1. Silikon quyosh xujayralarining rivojlanishi. (a) 1941: Quyosh xujayrasi kattalashgan birikma bilan bildirilgan, (b) 1954: dopant diffuziyasi bilan hosil bo'lgan quyosh xujayrasi pn birikmasi, (c) 1970: alyuminiy orqa yuzasi bo'lgan binafsha hujayra, (d) 1974: qora xujayra kimyoviy to'qimali sirt [3].
1940 yillar davomida Bell Laboratories of Russell Ohl tomonidan namoyish etilgan birinchi kremniy quyosh xujayralari qayta kristallanish jarayonida nopoklik ajratishidan hosil bo'lgan tabiiy birikmalarga asoslangan [3]. Hujayralar birlashma joyi va kremniy materialining sifati ustidan nazorat yo'qligi sababli< 1%="" samaradorlikka="" ega="" edi.="" ohl="" tomonidan="" berilgan="" mintaqalarni="" nomlash="" nomenklaturasi="" (p-turi:="" yon="" tomoni="" yoritilgan="" va="" n-turi:="" boshqa="" tomoni)="" shu="" vaqtdan="" boshlab="" quyosh="" batareyalarini="" nomlash="" konventsiyalari="" uchun="">
1950 yillar davomida kremniy tarkibidagi dopantlar uchun yuqori haroratli diffuziya jarayonida jadal rivojlanish kuzatildi. Bell Laboratories kompaniyasining odamlari, Fuller va Chaplinlar 4,5% samarali quyosh batareyasini litiy asosidagi doping bilan namoyish etdilar, ular bor diffuziyasi bilan 6% gacha yaxshilandi. Quyosh xujayrasi atrofida "o'ralgan" tuzilishga ega edi (Shakl 1 (b)) soyaning yo'qolishini oldini olish uchun orqa tomonning ikkala kontaktlari bilan, lekin o'rash strukturasi tufayli yuqori rezistiv yo'qotishlarga olib keldi. 1960 yilga kelib hujayra tuzilishi ko'rsatilgandek rivojlandiShakl 1 (c). Ilova kosmik tadqiqotlar uchun mo'ljallanganligi sababli, maksimal nurlanish qarshiligiga ega bo'lish uchun 10Ω sm yuqori qarshilik substratidan foydalanilgan. Ikkala tomonda vakuumli bug'langan kontaktlardan, oldingi tomondan (FS) silikon monoksit qoplamasi akslantirishga qarshi qoplama (ARC) sifatida ishlatilgan [3].
1970-yillarning boshlarida, alyuminiyning orqa tomonida sinterlanganligi, "orqa sirt maydoni (Al-BSF)" deb nomlangan juda aralashtirilgan interfeys hosil qilib, xujayralarni tozalash orqali hujayraning ish faoliyatini yaxshilaganligi aniqlandi [.3]. Al-BSF orqa tarafdagi tashuvchilarning rekombinatsiyasini pasaytiradi va shu sababli kuchlanish va uzun to'lqin uzunlikdagi spektral ta'sirni yaxshilaydi. Nozikroq va yaqin masofada joylashgan barmoqlarning bajarilishi doping qo'shilish talabini pasaytirdi va o'lik qatlamni yo'q qildi. Titan dioksidning ARC (TiO)x) dan foydalanilgan va uning qalinligi qisqa to'lqin uzunliklarida aks ettirishni kamaytirish uchun tanlangan va quyosh xujayralariga binafsha ko'rinish bergan. Keyinchalik takomillashtirish (111) yuzalarni ochish uchun (100) gofrirovkaning anizotrop bilan ishlanganligi yordamida gofretlarga tekstura qilish orqali amalga oshirildi. To'qimalarining tuzilishi yorug'likni yaxshilashga olib keldi va hujayralarga qorong'u baxmal ko'rinishini berdi. Yaxshilangan hujayra arxitekturasi ko'rsatilganShakl 1 (d). 1976 yilda Rittner va Arndt samaradorligi 17% ga yaqin bo'lgan erdagi quyosh xujayralarini namoyish qildilar [.3].
Passivatsiyalangan emitent quyosh xujayrasi (PESC) 1984-1986 yillarda 20% samaradorlikka erishdi. Metall / kremniyning aloqa maydoni PESC xujayralarida atigi 0,3% ni tashkil etdi, ZnS / MgF ikki qavatli ARC esa.2ikkala hujayra tuzilishida ham ishlatilgan. 1994 yilda samaradorligi 24% bo'lgan passivlangan emitent orqa (PERL) xujayrasi namoyish etildi [3]. PESC xujayrasi bilan taqqoslaganda, PERL xujayrasi FS-da teskari piramidalarga ega bo'lib, ikkala tomonni ham yorug'lik va oksidga asoslangan passivatsiyani yaxshiroq ushlab turishgan. Orqa tarafdagi oksidli passivatsiya qatlami uzun to'lqin uzunligining ichki aksini yaxshilaydi va shu sababli spektrga ta'sir qiladi.
Rivojlanayotgan quyosh xujayralari me'morchiligidan tashqari, ishlab chiqarish sohasida ishlab chiqarish samaradorligini oshirish, jarayonlar bosqichlarini takomillashtirish va xarajatlarni kamaytirish bo'yicha doimiy rivojlanish mavjud. Si substratlari va har xil turdagi quyosh xujayralari ishlab chiqarishning qisqacha ko'rinishi keyingi bobda keltirilgan.
3. Tijorat kremniy quyosh batareyalari texnologiyalari
Si kisloroddan keyin er yuzida eng ko'p tarqalgan materialdir va yarimo'tkazgich sanoatida keng qo'llanilgan. 98% soflikdagi metallurgiya sinfidagi kremniy (Mg-Si) 1500-2000 yuqori haroratda kvarts (SiO2) ni uglerod bilan qizdirish natijasida olinadi [4]. Mg-Si qo'shimcha ravishda 99,99% tozaligiga ega bo'lgan quyoshli silikon bo'laklarini olish uchun tozalanadi. Keyinchalik tozalangan quyosh sinfidagi Si bo'laklari keyinchalik qayta ishlanib, katta miqdordagi kremniy bo'lgan Si ingotlarining mono-kristalli va ko'p kristalli shakllarini oladi. Mono-kristalli Si da atomlar material bo'ylab bir xil kristal yo'nalishda joylashtirilgan. Quyosh xujayralari uchun (100) yo'nalishga ustunlik beriladi, chunki u sirt aksini kamaytirish uchun osonlikcha tekstura qilinishi mumkin [5]. Ko'p kristalli Si, nomidan ko'rinib turibdiki, mono-kristalli substratlardan farqli o'laroq, turli yo'nalishdagi Si moddalarining bir nechta donalari bor. Mono-kristalli material ko'p kristalli Si bilan taqqoslaganda ozchilikni tashuvchisi umrini oshiradi va shuning uchun ma'lum bir quyosh xujayrasi texnologiyasi uchun quyosh xujayralarining samaradorligi yuqori bo'ladi.
Monokristalli Si ingotlarini tayyorlashning Czochralski (Cz) usuli 2-rasm (a) da tasvirlangan. Dopantli yuqori toza eritilgan kremniy eritish nuqtasi ustida saqlanadi va undan keyin urug 'kristalini juda sekin tezlikda tortib, diametri 300 mm va uzunligi 2 m bo'lgan ingot oladi [6]. Eritilgan kremniyni p-yoki n-turdagi qo'shimchalar bilan qo'shib, o'ziga xos 200 kg gacha bo'lgan mono-kristalli Si ingotini olish mumkin [2]. Kuyumlardan kesilgan gofretlar dumaloq qirralarga ega va shu sababli shakli "psuedo kvadrat" deb nomlanadi. Ko'p kristalli silikon ingotlari yuqori soflikdagi Si ni eritib, ularni yo'naltirilgan qotish jarayoni [7] bilan katta krujkada kristalllash orqali shakl 2 (b) da ko'rsatilgan. Jarayon Cz jarayoni kabi mos yozuvlar kristalli yo'nalishga ega emas va shu sababli turli yo'nalishdagi kremniy materialini hosil qiladi. Hozirgi vaqtda ko'p kristalli Si ingotlari> 800 kg [2] og'irlikda bo'lib, keyinchalik g'ishtlarga o'raladi va gofrirovkalar yanada kesiladi.
Quyosh batareyasini ishlab chiqarish uchun mono-kristalli va ko'p kristalli gofretlarning hozirgi hajmi 6 dyuym × 6 dyuymni tashkil qiladi. Mono-kristalli gofretlarning maydoni psevdo-kvadrat shakli tufayli biroz kamroq bo'ladi. Quyosh xujayralarini tayyorlash uchun eng ko'p ishlatiladigan asosiy material - bu bor-doplangan p-tipli Si substratlar. Quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan N tipidagi Si substratlar, ammo p tipidagi substratlarga nisbatan quyma bo'ylab bir xil doping olish kabi qo'shimcha texnik muammolarga ega.
Shakl 2. Mono-kristalli quymalar uchun (a) Cz jarayonining tasviri va (b) ko'p kristalli quymalar uchun yo'naltirilgan qotish jarayoni.
3-rasmda quyosh xujayralarining har xil turlarining keng tasnifi ko'rsatilgan. Standart alyuminiy orqa yuzasi (Al-BSF) texnologiyasi nisbatan sodda ishlab chiqarish jarayonini hisobga olgan holda eng keng tarqalgan quyosh xujayralari texnologiyasidir. Bu ekranni bosib chiqarish jarayoni va ap + BSF hosil bo'lishi bilan to'liq orqa tomondan (RS) Al cho'ktirishga asoslanadi, bu p-poydevorning orqa tomonidagi elektronlarni qaytarishga va hujayra ish faoliyatini yaxshilashga yordam beradi. Al-BSF quyosh batareyalari uchun ishlab chiqarish oqimi 4-rasmda keltirilgan. Tijorat quyosh batareyalarining standart dizayni FS katakchali naqshli va to'liq RS aloqalaridir.
Shakl 3. Quyosh batareyasining har xil turlarining keng tasnifi.
Shakl 4. Al-BSF quyosh xujayralarining ishlab chiqarish oqimi.
Passivlangan emitentning orqa aloqasi (PERC) quyosh xujayrasi Al-BSF me'morchiligini yaxshilaydi, chunki orqa tomon passivatsiyasi va ichki aks etishi yaxshilanadi. Alyuminiy-oksid ishlab chiqarish jarayonida olinadigan o'rtacha quyosh xujayralarining samaradorligi 21% ga teng bo'lgan RS passivatsiyasi uchun mos materialdir [8]. Mavjud Al-BSF quyosh xujayralari liniyasini PERC jarayoniga ikkita qo'shimcha vosita (RS passivatsiya qatlamini yotqizish va RSda lokalizatsiya qilingan kontaktni ochish uchun lazer) oshirish mumkin.
Qolgan uchta hujayra me'morchiligi asosan n-turdagi Si substratlarga asoslangan yuqori samaradorlik texnologiyalari. A-Si heterojunik quyosh xujayrasi an'anaviy yuqori harorat diffuziyasiga asoslangan pn birikmasidan farqli o'laroq, "heterojunksiyalar" hosil qilish uchun n-tipli Si substratning FS va RS-larida a-Si qatlamlariga ega. Bunday texnologiya past haroratlarda ishlov berishga imkon beradi, ammo sirt interfeyslari sifatiga juda sezgir. a-Si asosidagi heterojunik quyosh batareyasi tijorat maqsadida Sanyo Electric tomonidan ishlab chiqarilgan bo'lib, hozirda Panasonic tomonidan qabul qilingan [9]. Interdigitatsiyalangan orqa aloqa (IBC) quyosh batareyasi dizaynida ikkala kontakt ham orqa tomonda mavjud bo'lib, FS kontakt soyasini yo'qotishlarini yo'q qiladi. Odatda IBC quyosh batareyalari uchun kavşak shuningdek orqa tomonda joylashgan bo'ladi. Yuqori samaradorlikka ega n-turdagi IBC quyosh batareyasini ishlab chiqaruvchilardan biri SunPower Corporation hisoblanadi [10]. Bifacial hujayralar, nomidan ko'rinib turibdiki, quyosh xujayralarining ikkala tomonidan nurni ushlab turishi mumkin. Bu orqa tomonda yorug'lik to'plashni ta'minlash uchun panjara naqshli kontaktlarga ega bo'lishiga olib keladi. Ikki yuzli texnologiyaning misoli, ISC, Konstanz tomonidan ishlab chiqilgan va tijoratlashtirilgan BiSON quyosh batareyasi [11]. Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu tasnif boshqa har qanday quyosh xujayralari me'morchiligining to'liq ro'yxati emas, ular R& D fazasida, tijoratlashtirishga yaqin yoki allaqachon ishlab chiqarilgan. Keyingi bo'limlarda Al-BSF quyosh batareyalarini ishlab chiqarish jarayonining bosqichi haqida batafsil ma'lumot beriladi.
4. Quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun nam-kimyoviy jarayonlar
Nam-kimyoga asoslangan ishlov berish, kesilgan gofrirovka uchun arra shikastlanishini yo'qotish (SDR) uchun quyosh xujayralarini qayta ishlashning muhim bosqichi, diffuziya jarayonidan keyin kirib keladigan quyosh nurlanishining yutilishini va sirtni izolyatsiyasini oshirish uchun sirtni teksturalash. Oldingi bobda aytib o'tilganidek, asosan quyosh xujayralarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan monokristalli va ko'p kristalli silikon plitalar mavjud. Gofretlarning tegishli turlari uchun nam-kimyo asosida ishlov berish to'g'risida oldinroq muhokama qilinadi.
4.1 Monokristalli silikon vafliga tekstura qilish
2-bo'limda ko'rsatilgandek, quyosh xujayralarining rivojlanishi birinchi navbatda monokristalli gofretlardan boshlandi va shu sababli mikroelektronika sohasidagi aniq usullarni qo'lladi. KOH / NaOH asosidagi ishqorli anizotrop eritma mono-kristalli gofretlarning piramidal teksturasi uchun ishlatiladi. Kesilgan mono-kristalli gofretning o'rtacha og'irligi> 30% (300-1200nm to'lqin uzunligidan yuqori), bu esa tekstura jarayonidan so'ng 11-12% gacha kamayadi. Ishqoriy teksturali yuzaning tipik morfologiyasi 5-rasmda keltirilgan. Anizotrop eritma eritmasi (100) kremniy atomlarining zichligi yuqori bo'lgan va shuning uchun ( 100) yuzlar. Natijada gofret yuzasiga nisbatan 54,7 ° burchak hosil qiladigan tasodifiy piramida tuzilmalari hosil bo'ladi.
Shakl 5. Ishqoriy teksturali monokristalli gofretning tipik sirt morfologiyasi.
Ishqoriy tekstura jarayoni uchun odatiy parametrlar 1-jadvalda ko'rsatilgan. Shuni ta'kidlash kerakki, har xil parametrlarning qiymatlari indikativ bo'lib, ularni mutlaqo qabul qilish kerak emas, chunki bozorda turli xil qo'shimchalar ishlab chiqaruvchilari mavjud. Izopropil spirti (IPA) dastlab teksturali eritmada qo'shimchalar sifatida ishlatilgan bo'lib, u aşındırma reaktsiyasida ishtirok etmaydi, lekin H2bubbles (reaktsiya paytida hosil bo'lgan) ning yopishishini oldini olish orqali to'qimalarning bir xilligini yaxshilaydi. kremniy yuzasi [12]. Ammo 2010 yilga kelib, IPA asta-sekin muqobil qo'shimchalar bilan almashtirildi, chunki bu vannaning harorati IPA ning qaynash nuqtasiga (82,4 ° C) yaqinligi, yuqori xarajatlar, yuqori iste'mol, sog'liq uchun xavfli va portlash qobiliyati kabi barqaror bo'lmagan konsentratsiya kabi kamchiliklar [12]. Ko'pgina guruhlar IPA-ni kamchiliklarini bartaraf etish, jarayon oynasini ko'paytirish va sirt aksini kamaytirish uchun muqobil qo'shimchalar bilan almashtirish bo'yicha ish olib borishdi [12,13,14,15,16]. Qo'shimchalar, shuningdek, ishlov berish vaqtini< 10="" minutgacha="" qisqartiradi="" va="" cho'milish="" muddatini=""> 100 marta oshiradi.
Jarayon
KOH / IPA
KOH / qo'shimchalar
KOH (%) | 3 | & lt; 3 |
IPA (%) | 6 | — |
Qo'shimcha (%) | — | & lt; 2 |
Jarayon harorati [° C] | & gt; 80 | 70–100 |
Piramidaning kattaligi [mkm] | 5–12 | 2–7 |
Jarayon vaqti [min] | 30–40 | 5–10 |
Organik tarkib [wt%] | 4–10 | & lt; 1.0 |
Qaynatish harorati [° C] | 83 | & gt; 100 |
Hammomning yashash muddati | & lt; 15 | & gt; 100 |
Jadval 1. Mono-kristalli gofretlarning IPA asosidagi va qo'shimchalarga asoslangan ishqoriy teksturasi uchun jarayon parametrlari.
Mono-kristalli gofretlarning tekstura jarayoni odatda "partiyada" amalga oshiriladi, bu gofret plitalarini vaflarni ushlab turadigan (tashuvchida 100 ta uyali) teshiklari bo'lgan tashuvchiga yuklanganligini va keyin ketma-ket vannalarda qayta ishlanishini anglatadi. organik qoldiqlarni va metall bilan ifloslanishni olib tashlash va qayta ishlangan gofretlarni quritish uchun tekstura, tozalash, tozalash bosqichlari. Tashuvchilar odatda PVDF bilan qoplanadi, ular har xil kimyoviy moddalarga, aşınmaya va mexanik aşınmaya qarshi juda yaxshi qarshilikka ega. Mono-kristalli gofret bilan ishlov berishning odatiy tashuvchisi 6-rasmda keltirilgan. To'plamali teksturalash vositasida har bir qadam uchun hammomda ishlatiladigan kimyoviy moddalar uchun dozalash idishlari bo'lgan maxsus vannalar mavjud. Asbob bir vaqtning o'zida ko'plab tashuvchilarni qayta ishlaydi va bir vaqtning o'zida to'rtta avtoulovlarni qayta ishlash bilan> 6000 vafli / soat ishlab chiqarish quvvatiga ega.
Shakl 6. Plastinka plyonkalarini yuklash uchun tashuvchilar. Manba: RCT solutions GmbH.
4.2 Ko'p kristalli silikon gofretlarning teksturasi
Ko'p kristalli gofretlar mono-kristalli gofrirovkalar bilan taqqoslaganda iqtisodiy afzalliklarga ega va shuning uchun kengroq qabul qilingan. Shu bilan birga, monokristalli gofretlarga tekstura qilish uchun ishlatiladigan ishqoriy kimyo turli xil don yo'nalishlari borligi sababli ko'p kristalli gofretlar uchun yaxshi ishlamaydi. HF va HNO3 asosidagi muqobil kislotali kimyo arra shikastlanishini olib tashlash va bir vaqtning o'zida ko'p kristalli plastinalarni tekstura qilish uchun ishlab chiqilgan [17,18]. Kislotali eritma asosidagi tekstura xona haroratidan past haroratlarda ishlaydi va shu sababli reaksiya gazining emissiyasini pasayishiga, ozgina issiqlik hosil bo'lishiga, ishlov berish eritmasining yuqori barqarorligiga va ishlov berish tezligini yaxshiroq boshqarishga olib keladi [18]. Ko'p kristalli gofretlar uchun gidroksidi tekstura va kislotali tekstura jarayonini taqqoslash 7-rasmda keltirilgan.
Shakl 7. Ko'p kristalli gofretlar uchun gidroksidi va kislotali to'qimalarni taqqoslash. SiNx: H yotqizgandan keyin aks ettirish egri chiziqlari taqqoslash uchun ham ko'rsatilgan [17].
Ko'p kristalli gofretning kislotali teksturalash jarayoni ishqoriy tekstura jarayoniga nisbatan ancha qisqartirilgan vaqt ichida bajarilishi mumkin va shuning uchun gofrirovka vannaga botirilgan rollarda o'tqaziladigan "inline" konfiguratsiyada amalga oshiriladi. Oddiy kislotali tekstura jarayoni bilan birga ichki jarayonning vakili tasviri 8-rasmda keltirilgan. Besh qatorli konfiguratsiya uchun inline vositasi 4000 wafer / soatgacha ishlash qobiliyatiga ega bo'lishi mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, ishlov berish eritmasida pastga qaragan gofret yuzasi yuqori tomonga qaraganda teksturali va keyingi ishlov berish uchun "quyoshli tomon" dir. Kislotali tekstura jarayoni tekstura qilingan yuzada g'ovakli kremniyning paydo bo'lishiga olib keladi, u yorug'likni yutadi va sirt rekombinatsiyasini oshiradi [18]. Demak, g'ovakli kremniy suyultirilgan ishqoriy eritma yordamida tozalanadi. Keyinchalik, gofret yuzalarida oksidlar va metall ifloslanishini olib tashlash uchun kislotali tozalash (HF + HCl) amalga oshiriladi.
Shakl 8. (a) beshta qatorli vakolatli inline jarayon va (b) ko'p kristalli gofretlar uchun kislotali tekstura jarayoni oqimi.
Shuni ta'kidlash kerakki, yuqorida muhokama qilingan kislotali tekstura jarayoni loydan yasalgan (SWS) ko'p kristalli gofrirovka uchun mos keladi. So'nggi bir necha yil ichida olmosli simli arralash jarayoni (DWS) jarayon va iqtisodiy afzalliklarga qarab loy eritmasiga asoslangan kesishni o'rnini egalladi [19]. SWS ko'p kristalli gofrirovkalarining shikastlanishi DWS gofrirovkasidan ko'proqdir, ular chuqur tekis oluklarga ega va shilimshiq tel bilan kesilgan gofretlarga qaraganda ancha silliqroqdir [19]. SWS gofretlari uchun ko'rilgan zararlar DWS gofretlari uchun yuzaga kelmaydigan tekstura jarayonini boshlash uchun muhim rol o'ynaydi.
DWS ko'p kristalli gofretlarini tekstura qilish uchun turli usullar taklif qilingan va 2-jadvalda qisqacha bayon qilingan [20]. Turli xil usullarni sozlash orqali 0% ga yaqin aks ettirish mumkin va shu sababli DWS ko'p kristalli gofretlarini tekstura qilish jarayonida "qora kremniy" atamasi ishlatilgan. RIE qora kremniyni ishlab chiqarish uchun birinchi usul bo'lib, reaktsiyani passivatsiya qilish va cheklash uchun Si va Cl2 va O2 kabi gazlar bilan reaksiyaga kirishish uchun oltingugurt geksaflouridi (SF6) dan foydalanadi [20]. So'nggi paytlarda RIE asosidagi tekstura jarayoni bilan o'rtacha samaradorligi 21,3% bo'lgan tijorat ko'p PERC quyosh batareyalari namoyish etildi [21]. Biroq, RIE vakuumga asoslangan jarayon bo'lgani uchun, ishlab chiqarish usuli odatdagi inline jarayonga nisbatan past bo'ladi, shuningdek, arra shikastlanishi va ion bombardimonidan kelib chiqqan zararni olib tashlash uchun qo'shimcha ravishda oldindan qayta ishlash va keyingi ishlov berish talab etiladi. RIE usulining vakuum yoki plazmani talab qilmaydigan varianti tijorat vositasida tatbiq etilgan [22].
Usul
Reaktivlar
Niqob
Katalizator
Minimal aks ettirish (%)
Reaktiv ionlarni zarb qilish (RIE) | SF6/O2, SF6/ Cl2/O2, SF6/O2/ CH4 | Yo'q | Yo'q | 4.0 |
Plazma immersion ion implantatsiyasi (PIII) | SF6/O2 | Yo'q | Yo'q | 1.8 |
Lazer nurlanishi | CCl4, C2Cl3F3, SF6, Cl2, N2, havo | Yo'q | Yo'q | 2.5 |
Plazma bilan ishlov berish | SF6 | Ag nano zarralari | Yo'q | 4.2 |
Metall yordamida kimyoviy zarb qilish (MACE) | AgNO3/ HF / HNO3 | Yo'q | Ag, Au | 0.3 |
Elektrokimyoviy ishlov berish | HF, EtOH, H2O | Yo'q | Yo'q | & lt; 5.0 |
Jadval 2. Olmos simli arralgan ko'p kristalli gofretlarga teksturalashning turli usullari [20].
DWS ko'p kristalli gofretlarini teksturalash usullaridan biri bu mavjud bo'lgan kislotali teksturaga asoslangan kimyoni qo'shimchalar bilan yangilashdir [23,24,25]. Bunday yondashuv potentsial ravishda MACE-ga asoslangan yondashuv bilan taqqoslaganda past CoOga ega bo'lishi mumkin [23]. Bunday qo'shimchalarga asoslangan yondashuvning aks etishi Al-BSF asosidagi struktura uchun quyosh batareyalari samaradorligi 18,7% bo'lgan an'anaviy izoteksturatsiya eritmasiga o'xshash ekanligi isbotlangan [24].
MACE asosidagi tekstura katalitik metalni cho'ktirishning qo'shimcha bosqichi bilan an'anaviy kislotali zarb qilish uslubiga o'xshaydi. Jarayon oqimi SDR, katalizator metallini cho'ktirish, kimyoviy ishlov berish va qayta ishlashdan iborat. Tarkibiy MACE teksturalash jarayonidan foydalangan holda tijorat ko'p Al-BSF hujayralari uchun 19,2% samaradorlik olingan [26]. Inline tipidagi MACE-ga asoslangan tijorat vositasi aks ettirish qobiliyatini 12-23% oralig'ida sozlash va Al-BSF va PERC strukturasi uchun o'rtacha samaradorlikni 18,8 va 20,2% darajasida olish imkoniyatiga ega ekanligi namoyish etildi [27]. MACE jarayoniga asoslangan tekstura qilingan yuzaning vakili tasvirlari 9-rasmda keltirilgan. MACE-ning ichki jarayoniga egalik qilish qiymati (CoO) partiyaga asoslangan MACE jarayoniga nisbatan potentsial ravishda pastroq bo'lib, uni teksturali hammomdan Agni qayta ishlash orqali kamaytiradi. [27].
Shakl 9. MACE teksturali DWS ko'p gofretlari, (a) yuzasi Ravg=12% va (b) yuzasi Ravg=22% [27].
4.3 Nam kimyo asosidagi chekka izolyatsiyasi
Quyosh xujayrasidagi emitent mintaqa yuqori haroratli diffuziya jarayoni bilan ishlab chiqilgan (keyingi boblarda muhokama qilinadi). Diffuziya jarayonida fosforli silikat shishasi (PSG) gofret qatlamiga yotqiziladi, uni ARC qatlami yotishidan oldin olib tashlash kerak. Shakl 10-da tasvirlanganidek, diffuziya bosqichidan keyin n-tipli mintaqa gofretning chekkalarida va orqa tomonida ham mavjud. Qirralarning n-turi qatlami va orqa tomoni emitentni taglik substrat bilan qisqa tutashuviga olib keladi va shu sababli ushbu hududlarni nayzalash va FS-da emitentni taglik substratidan 10-rasm (c) da tasvirlanganidek ajratib olish muhimdir.
Shakl 10. Diffuziya va qirralarning izolyatsiyasidan keyin kremniy plastinani qayta ishlash (a) teksturali silikon vafli, (b) diffuzli silikon vafli, (c) chekka izolyatsiyadan keyin diffuzli silikon vafli.
Chegaralarni ajratish jarayoni oldingi bobda muhokama qilingan tekstura jarayoniga o'xshash ichki tartibda amalga oshirilishi mumkin. Bu holatda istisno shundaki, kimyoviy moddalar FS bilan o'zaro aloqasiz faqat orqa va qirralarni yutishi kerak. 11-rasmda qirralarning izolyatsiyasi jarayonining vakili tasviri ko'rsatilgan. Shuni ta'kidlash kerakki, silindrsimon eritmaning old tomoni bilan har qanday aloqa qilishiga yo'l qo'ymaslik uchun roliklar faqat pastki qismida mavjud. RS-ni ishg'ol qilishdan keyingi qadamlar satrlarni teksturalash mashinasida o'xshashdir.
Shakl 11. Inline chekka-izolyatsiya vannasidagi quyosh xujayrasining vakili tasviri.
5. Quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun issiqlik jarayonlari
Yuqori haroratli jarayonlar quyosh batareyalarini ishlab chiqarishning muhim qismini tashkil qiladi. Bunday jarayonlarning namunalari diffuziya bilan pn birikmasini hosil qilish, ekranga bosilgan kontaktlarni otish, passivatsiya sirt qatlamlarini faollashtirish yoki kuyish jarayonidan kelib chiqadigan nuqsonlar. Ushbu bo'limda emitentlarning diffuziya jarayoni va plazmadagi kimyoviy bug 'cho'kmasi (PECVD) ning asosiy fizikasi yoritilgan.
5.1 Emitter diffuziyasi
Emitter diffuziyasi - bu sanoat quyosh batareyalarini ishlab chiqarishdagi hal qiluvchi issiqlik bosqichlaridan biridir. Kristalli p-tipli silikonli quyosh xujayralarining n-turi emitenti fosfor (P) diffuziyasi natijasida hosil bo'ladi. Diffuziya jarayonida Si gofretlari o'choqqa yuboriladi va 800-900 ° S haroratda fosforil xlorid (POCl3) va O2 ga ta'sir qiladi, natijada Si plastinka yuzalarida PSG yotadi. Ushbu qadam PSG [28] Si vafliga tarqalishi uchun fosfor (P) dopantlari manbai bo'lib xizmat qiladigan bu erda oldindan cho'kma deb nomlanadi. Keyingi qadam - qo'zg'alish, bu erda dopant gazlar ta'minoti uzilib, PSG qatlamidan P yana Si vafliga tarqaladi. Hannes etal. [29] fotovoltaik dasturlar uchun jarayonning maqbulligini, uch xil effektni hisobga olish kerakligini ko'rsatib beradi. Birinchidan, P ning PSG dan diffuziyasi va uning Si vaflidagi elektr faol va harakatsiz holatlarda bo'lishi Shokli-Read-Hall (SRH) rekombinatsiyasini kuchaytiradi. Ikkinchidan, Si qatlamiga PSG qatlamiga qarab aralashmalar olish. Nihoyat, P-doped Si emitenti bilan metall aloqa hosil bo'lishi hosil bo'lgan quvvatni tortib oladi.
Diffuziya jarayoni varaqning qarshiligi bilan aniqlanadi, bu pn birikmasi va P konsentratsiyasi profilining chuqurligiga bog'liq. Choyshabning qarshiligi Ω / sm birliklarga ega (odatda Ω / □ sifatida o'lchanadi) va to'rt nuqta prob tizimi yordamida o'lchanadi. Qarama qarshilik ta'rifi tenglama bilan ko'rsatilgan. (1).
bu erda R=to'rtburchaklar kesmaning qarshiligi (Ω); r=qarshilik (Ω sm); l=to'rtburchaklar kesimning uzunligi (sm); A=to'rtburchaklar kesimning maydoni (sm2); W=to'rtburchaklar kesmaning kengligi (sm) D=to'rtburchaklar kesimning chuqurligi (sm) va jadval=l=W (Ω / □) bo'lganda berilgan chuqurlik uchun qarshilik (D).
Emitentlar varag'i qarshiligining oldingi qiymatlari> 400nm va yuqori P sirt kontsentratsiyasining pn-o'tish chuqurligi bilan 30-60Ω / □ edi. Old tomondan kumush (Ag) bilan aloqa qiladigan pasta yaxshilanganligi sababli, emitent varag'ining qarshiligi 90-110Ω / of oralig'ida, birikish chuqurligi 300nm atrofida va P sirt kontsentratsiyasi pastroq. Kattaroq choyshab qarshiligiga o'tish ultrabinafsha va ko'k spektrda ko'proq yorug'lik olish imkonini beradi, shu bilan birga Vokni yaxshilash uchun sirt rekombinatsiyasini kamaytiradi. Shuni ta'kidlash kerakki, diffuziya jarayoni FSda (to'g'ridan-to'g'ri gazlar ta'sirida), shuningdek qirralarda va RSda sodir bo'ladi. Agar chekka ajratish jarayoni amalga oshirilmasa (4.3-bo'limda aytib o'tilganidek), emitent substrat bilan qisqa tutashgan bo'ladi.
12-rasm POCl3diffuziya jarayonini yopiq kvarts-trubka tizimida ko'rsatadi, POCl3 - bu gaz naychasiga N2 tashuvchisi gazi bilan ko'pik berish orqali etkazib beriladigan suyuqlik manbai. Aralashtirish orqali
Shakl 12. (a) partiyaviy diffuziya jarayonining sxematik tasviri va (b) partiyaviy diffuziya uskunasining vakili tasviri. Manba: centrotherm GmbH.
Si yuzasida,
Oldindan cho'ktirish paytida qo'shimcha mahsulot bo'lgan xlor, gofret va kvarts-trubkani metall bilan birikmalar hosil qilib tozalaydi. PSG P atomlarida Si yuzasiga haydash uchun manba sifatida ishlatiladi. Ishga tushirish jarayonida POCl3is o'chirildi va P atomlarining Si yuzasiga tarqalishini kuchaytirish uchun PSG ostida ingichka oksidli qatlam hosil qilish uchun faqat O2 qo'shildi.
Diffuzion trubaning ichida 13-rasmda ko'rsatilgan beshta isitish zonasi mavjud. Zonalar:
Yuklanish zonasi (LZ) - gofrirovka naychaga solinadigan joy.
Markaziy yuklash zonasi (CLZ) - yuklash zonasi va markaz zonasi orasidagi maydon.
Markaziy zona (CZ) - trubaning markaz maydoni.
Markaziy gaz zonasi (CGZ) - markaz zonasi va gaz zonasi orasidagi maydon.
Gaz zonasi (GZ) - gazlar chiqadigan joy orqali chiqadigan maydon.
Shakl 13. Diffuzion naycha ichidagi isitish zonalari.
Odatda har bir isitish zonasining harorati qayiq bo'ylab barcha gofretlar uchun teng emitentli varaqning qarshiligini olish uchun o'rnatiladi.
Diffuziya jarayonining muhiti juda toza bo'lishi kerak va shu sababli quvurlar uchun kvarts materialidan foydalaniladi. Naychalarning tozaligi va yuk ortish joyini saqlash ham jarayon natijalariga ta'sir qiladi. Gaz-fazali diffuziyada kolbada qoldiq bo'lmaganligi sababli, bu jarayonni tozalovchi jarayonga olib keladi. Past bosim (LP) sharoitida yarim balandlikda yuklanish bilan [31], o'tkazuvchanlikni oshirish mumkin. Odatda 1000 grafalar bitta trubkada va beshta diffuziya naychalari bilan partiyali diffuziya tizimida yuklanadi, quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun soatiga 3800 gafergacha ish unumdorligini ta'minlash mumkin.
Tovar ishlab chiqarishda gofretlar fosfor kislotasi bilan kamarga tashiladigan inline diffuziya tizimi ham ishlatilgan [32]. Biroq, inline jarayon bilan taqqoslaganda, ommaviy jarayon yanada toza, samarali va samaraliroq. N-tipli quyosh xujayralari yoki PERT kabi rivojlangan quyosh xujayralari tushunchalari uchun p-tipli diffuziya bor tribromidi (BBr3) kabi bor (B) dopant manbalariga asoslangan [33,34].
5.2 Yansıtıcı qarshi qoplama (ARC) birikmasi
Yalang'och Si yuzasi> ni aks ettiradi; yorug'likning 30%. 4-bo'limda aytib o'tilganidek, tekstura jarayoni yorug'likni yaxshilaydi. ARC qatlamini yotqizish natijasida olinadigan aksni kamaytirish kerak. TiOx Quyosh xujayralari uchun ARC qatlami sifatida ishlatilgan eng dastlabki materiallardan biri bo'lgan, ammo u etarli sirt passivatsiyasini ta'minlay olmaganligi sababli, uni oxir-oqibat SiNx: H bilan almashtirgan [37]. Termal ravishda o'stirilgan kremniy oksidi (SiO2), shuningdek, mahalliy darajada tarqalgan (PERL) hujayralardagi rekord darajadagi passivatsiyalangan emitentlarning passivlovchi moddasi sifatida ishlatilgan [37]. Yuqori issiqlik byudjeti va uzoq vaqt ishlash jarayoni SiO2 asosidagi passivatsiyani quyosh batareyalarini ko'p miqdorda ishlab chiqarishga yaroqsiz holga keltirdi [37]. Quyosh batareyalarini qo'llash uchun turli xil ARC va passivlovchi materiallarni har tomonlama ko'rib chiqish [37] da muhokama qilingan.
Plazmadagi yaxshilangan kimyoviy bug 'cho'ktirish jarayoni (PECVD) SiNx: H ning ARC qatlamini yotqizish uchun javob beradi, bu nafaqat aks ettirishni kamaytiradi, balki old tomondan n tipidagi emitentni va asosiy qismini passiv qiladi, shu bilan quyosh xujayralari samaradorligini oshiradi [36, 37]. Partiya PECVD tizimining sxemasi 14-rasmda ko'rsatilgan. Plitalar grafitli qayiqda old tomonlari bir-biriga qaragan holda yuklanadi. 400-450 ° S haroratda ishlaydigan ammiak (NH3) va silan (SiH4) gazlariga asoslangan chastotali plazma vodorodlangan SiNx: H qatlamini teng ravishda saqlaydi. (4) [35]. SiNx: H plyonkasiga kiritilgan vodorod otish bosqichida asosiy qismga tarqaladi (keyingi bobda muhokama qilinadi) va quyosh xujayralari ish faoliyatini yaxshilash uchun osilgan bog'lanishlarni passiv qiladi [36,37].
Shakl 14. (a) SiNx uchun partiyaviy PECVD jarayonining sxematik diagrammasi: H yotqizish va (b) PECVD pechida Si plitalarini yuklash uchun grafitli qayiq.
SiNx: H plyonkasining sinishi indeksi (RI) SiH4 / NH3gas nisbati bilan boshqariladi, qalinligi esa cho'kma davomiyligiga bog'liq. SiNx: H asosidagi ARC bitta to'lqin uzunligi uchun aks ettirishni minimallashtirishi mumkin va to'lqin uzunligi qalinligi [38],
wheret=SiNx qalinligi: H ARC qatlami, -0=kelgan yorug'likning to'lqin uzunligi andn1=SiNx: H qatlamining sinish ko'rsatkichi.
O'zaro munosabatlarga asoslanib, ARC "to'rtinchi to'lqin uzunligi ARC" deb ham nomlanadi. Quyosh xujayralari uchun RI va qalinlik 600nm to'lqin uzunligidagi aks ettirishni kamaytirish uchun tanlanadi, chunki u quyosh spektrining eng yuqori nuqtasidir. ARC ning qalinligi va RI har ikki tomonning, ya'ni shisha / havo va Si ning geometrik o'rtacha qiymati sifatida tanlanadi. SiNx: H ARC ning odatdagi qalinligi 80-85 nm, RI 2,0-2,1 ga teng, quyosh xujayrasiga ko'kdan binafsha ko'k ranggacha rang beradi. SiNx: H bilan yotqizilgan teksturali ko'p kristalli quyosh xujayrasining vakili tasviri 15-rasm (a) da ko'rsatilgan, SiNx: H rangining qalinligi asosida o'zgarishi 15-rasm (b) da ko'rsatilgan. Shuni ta'kidlash kerakki, berilgan yotqizish parametrlari uchun sirt to'qimalariga va ARC rangiga bog'liqlik mavjud. Quyosh xujayralarining rangi odatdagi ko'k rangdan farqli ravishda quyuqroq bo'lgan turli xil quyosh modullari mavjud. Quyosh batareyalarini ishlab chiqarish liniyasida odatdagi ARC yotqizish bosqichi ikkita PECVD tizimidan iborat bo'lib, ularning har biri to'rtta naychaga ega va soatiga 3500 vafrenagacha ishlaydi.
Shakl 15. (a) SiNx: H bilan qoplangan ko'p kristalli quyosh xujayrasi, (b) SiNx: H qatlamining qalinligi bo'yicha o'zgarishi.
SiNx: H, P-tip Si ni passivatsiyalash uchun mos emas va shuning uchun PERC xujayralari [8] kabi hujayra me'morchiligi uchun RS passivatsiyasi uchun ishlatiladigan Al2O3are kabi dielektriklar yoki n-tipli quyosh xujayralarida p-tipli emitentlar uchun. PERC quyosh xujayralari uchun Al2O3 passivating qatlami uni yoqish jarayonida Al-pastadan himoya qilish uchun SiNx: H bilan yopiladi va uzoq to'lqin uzunlikdagi yorug'lik uchun ichki reflektor bo'lib xizmat qiladi. Tijorat PECVD va atom qatlamlarini yotqizish (ALD) asosidagi tizimlar Al2O3 ni soatiga 4800 vafr / s gacha o'tkazuvchanligi bilan saqlashga imkon beradi [39].
6. Metallizatsiya va quyosh xujayralarining tavsifi
6.1 Ekranni bosib chiqarishga asoslangan metalizatsiya
Quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun oxirgi ishlov berish bosqichi - bu minimal rezistiv yo'qotishlar bilan quvvat olish uchun FS va RS metallizatsiyasi. Ag n-tipli emitent uchun yaxshi aloqa materialidir, Al p-tipli substrat bilan juda yaxshi aloqa qiladi. Ag / Al pastasining kombinatsiyasi modulda quyosh xujayralarining o'zaro bog'lanishini osonlashtirish uchun RS-da pedlarni chop etish uchun ishlatiladi. Ekranni bosib chiqarish - bu quyosh xujayralarini metallizatsiyasi uchun oddiy, tezkor va doimiy ravishda rivojlanib boradigan jarayon.
Ekranni bosib chiqarish jarayonining sxematik tasviri 16-rasmda keltirilgan. Ekranlarda 17 (a) rasmda ko'rsatilganidek, kerakli metalizatsiya naqshiga muvofiq teshiklari bo'lgan emulsiya bilan qoplangan zanglamas po'latdan yasalgan mash mavjud. Metall pasta toshqin va ekran namunasi asosida quyosh xujayrasiga yopishtiruvchi chig'anoq harakati orqali ekranga tarqaladi. Snap-off - bu ekran va quyosh batareyasining masofasi. Shlangi bosimi va tortib olinadigan masofa Ag FS barmoqlarining pastasi va geometriyasini aniqlaydigan muhim parametrlardir.
Shakl 16. Quyosh batareyalarini metallizatsiyalash uchun ekranni bosib chiqarish jarayonining xayollari.
Shakl 17. (a) FS Ag bosib chiqarish uchun barmoq ochilishi bilan mash-emulsiya ekrani [40] va (b) vakili FS metallizatsiyasi naqshlari.
Ag / Al RS kolodkalari uchun odatdagi xamir, RS Al va FS Ag 6-dyuymli Al-BSF ko'p kristalli quyosh xujayrasi uchun mos ravishda 35-45 mg, 1.1-1.4 g va 100-120 mg. Ag FS metallizatsiyasining tasviriy shakli 17 (b) rasmda ko'rsatilgan. Ag barmog'ining ochilishi 30 mikrondan pastga tushdi, hozirda 5 ta avtobus barini qo'llash tobora ko'paymoqda. Bunday ekran parametri va yaxshi pasta bilan> ning izchil FF; Al-BSF quyosh xujayralari uchun< 6%="" optik="" soyalash="" yo'qotilishi="" bilan="" 80%="" olinishi="">
6.2 Metallashtirish pastalarini quritish va tez yoqish
Metallashtirish pastalari metall kukunlari, erituvchilar va organik biriktiruvchilardan iborat. FS Ag pastasi holatida, xamir tarkibida shisha-frit ham bor, SiNx: H qatlamini yiqitadi va n-tipli emitent bilan aloqa o'rnatadi [41]. Metall pastalar bosib chiqarilgandan so'ng quritiladi va nihoyat ular tez yonadigan pech orqali sinterlash uchun yuboriladi va RS Al-BSF va FS Ag kontaktlarini hosil qiladi. Harorat profiliga ega bo'lgan bunday tez ishlaydigan pechning misoli 18-rasmda ko'rsatilgan. FS Ag barmoqlarni sinterlash jarayoni 19-rasmda keltirilgan. Quyosh xujayrasi tez olovli pechdan o'tib ketganda, organik biriktirgichlar yoqiladi, so'ngra eritiladi shisha fritning hosil bo'lishi va nihoyat n-tipli emitent bilan aloqa qiladigan Ag kristalitlarining hosil bo'lishi. Kuydirish profilini metallizatsiya pastalari va emitent diffuziya profilining o'ziga xos turlari asosida sozlash kerak. Misol tariqasida, olovning eng yuqori harorati FSda yaxshi ohmik aloqa hosil qilmasligi uchun past bo'lishi mumkin, juda yuqori harorat esa Ag ning pn birikmasi va manevrasi orqali tarqalishiga olib kelishi mumkin. To'liq ko'p kristalli Al-BSF quyosh batareyasining tasviri 20-rasmda keltirilgan.
Shakl 18. (a) Metall kontaktlarni sinterlash uchun olovli pechning misoli va (b) olovli pechning harorat ko'rsatkichi. Manba: centrotherm GmbH.
Shakl 19. Otish jarayonining xayoliyligi. (a) Organik biriktiruvchilardan chiqib ketish, (b) emitent interfeysida SiNx: H va (c) Ag kristalit hosil bo'lishiga olib keladigan shisha fritning erishi.
Shakl 20. (a) to'liq quyosh batareyasining FS va (b) to'liq quyosh batareyasining RS.
6.3 Plitka asosida old tomondan metalizatsiya
Quyosh batareyalarini qayta ishlashda har xil omillarning tannarxi yillar davomida pasayib bordi, oldingi Agning hissasi esa hali ham eng muhim [42]. Ag o'rnini mis (Cu) kabi muqobil metall bilan almashtirish uchun katta miqdordagi ishlar amalga oshirildi, ular o'tkazuvchanlik qiymati Ag ga juda yaqin va potentsial iqtisodiy afzalliklarga ega [43,44]. Cu Si-da yuqori diffuzivlik va eruvchanlikka ega va shuning uchun Cu qoplamasidan oldin Si-ga nikel (Ni) singari to'siq qatlami yotqizilgan [42]. An'anaviy qoplamadan olinadigan nurli qoplama (LIP) yorug'likning fotovoltaik ta'siridan kerakli metallni plastinkaga ishlatadi va an'anaviy qoplamaga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega [43,44].
Ni-Cu asosidagi old metallizatsiya, Ag pastasiga asoslangan metallizatsiyadan farqli o'laroq, old tomondan qo'shimcha ARC naqshli qadamni va ko'p hollarda kontaktga qarshilikni kamaytirish va metall to'plamni yaxshi yopishtirish uchun qo'shimcha Ni sinterlash bosqichini talab qiladi [42 ]. Ni-Cu-Ag qoplamali stakka asoslangan tijorat DWS kesilgan mc-Si quyosh xujayralari barmoqlarning kengligi 22 mkm, tomonlarning nisbati 0,5 ga yaqin va mos yozuvlar ekranida bosilgan Ag asosidagi quyosh xujayralarining samaradorligi bilan namoyish etildi [45 ].
Ag FS pastalarini doimiy ravishda takomillashtirish, soddaligi, ishonchliligi va ekranga bosib chiqarish jarayonining yuqori o'tkazuvchanligi Ni-Cu asosidagi metallizatsiyani Ag-asosidagi FS metallizatsiyasi bilan raqobatlashishni qiyinlashtirdi. Shu bilan birga, Cu to'g'ridan-to'g'ri shaffof o'tkazuvchi oksid ustiga qoplanishi mumkin bo'lgan ikki tomonlama heterojunik quyosh xujayralari kabi yuqori quyosh batareyalari samaradorligi tushunchalari, qoplama jarayoni soddalashtirilgan va faqat bitta vositani talab qiladi [39]. Xuddi shunday, kam miqdordagi metallni talab qiladigan yuqori samaradorlik tushunchalari ham qoplama asosidagi metalizatsiya yordamida bir xil natijalarga erishishi mumkin [42,46].
6.4 Quyosh xujayralarining IV sinovi va tavsifi
Yakuniy bosqich - standart sinov sharoitlari (STC) bo'yicha to'liq quyosh batareyalarini IV sinovdan o'tkazish, ya'ni AAA sinfidagi quyosh simulyatori bilan AM 1.5G, 1000W / m2. Quyosh xujayrasining FS zondlanishiga misol 21-rasmda keltirilgan. IV sinovchidan olingan odatiy parametrlar 3-jadvalda keltirilgan. IV testerlar ko'plab xarakteristik parametrlarga ega, ular quyosh xujayralari nuqsonlarini aniqlashda yordam beradi. Quyosh xujayrasining elektroluminesansi (EL) va termal IQ tasviri ba'zi bir nuqsonlarga ega, 22 (a) - (c) rasmlarda ko'rsatilgan. Bir xil intensivlikka ega bo'lgan yaxshi quyosh xujayrasining EL tasviri 22 (a) rasmda ko'rsatilgan, FS barmoqlari bir xil bosilmagan quyosh xujayrasi uchun 22 (b) rasmda quyuqroq kontrastni ko'rish mumkin. ) ishlov berish bosqichlaridan birida hosil bo'lgan lokalizatsiya qilingan shuntli quyosh batareyasining termal IQ tasvirini ko'rsatadi. Oxir-oqibat, quyosh xujayralari tanlangan tasnif asosida turli xil samaradorlik qutilarida saralanadi.
Shakl 21. Quyosh batareyalarini tavsiflash uchun FS zondlashning IV o'lchovi.
Parametr
Izohlar
Voc(V) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari> 0,635V qiymatiga ega |
Isc(A) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari> 9.0 A ga teng |
FF (%) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari> 80% |
Samaradorlik (%) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari> 18,6% |
Vmpp(V) | Maksimal quvvat nuqtasida mos keladigan kuchlanish |
Impp(A) | Maksimal quvvat nuqtasida mos keladigan oqim |
Rs(Ω) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari< 1,5="" mω="" ga=""> |
Rsh(Ω) | Yaxshi mc-Si Al-BSF quyosh xujayralari> 100Ω qiymatiga ega |
Irev(A) | -12V kuchlanishdagi teskari tok< yaxshi="" quyosh="" xujayralari="" uchun="" 0,5="" a="" bo'lishi=""> |
FS BB-BB qarshiligi (Ω) | FSdagi BB ning qarshiligi |
RS BB-BB qarshiligi (Ω) | BB-ning RSdagi qarshiligi RSda |
Jadval 3. IV o'lchovidan olingan quyosh batareyasini tavsiflash parametrlari.
Shakl 22. (a) yaxshi quyosh xujayrasining EL tasviri, (b) Ag barmog'ini bosib chiqarishda bir xil bo'lmagan quyosh xujayrasining EL tasviri va (c) lokalizatsiya qilingan shuntlar mavjudligini ko'rsatuvchi quyosh xujayrasining termal IQ tasviri.
7. Kelajak tendentsiyalari
DWS mono-kristalli gofretlar uchun standart bo'lib qoldi, bozorda uning ulushi> 2022 yilga kelib 80% ko'p kristalli gofretlar uchun [2]. Shu vaqtga qadar ko'p kristalli gofretlar uchun SWS o'chirilishi kutilmoqda. DWS bilan kerf yo'qotilishi 2022 yilga kelib< 80="" mikronga="" aylanadi="" va="" bu="" o'z="" navbatida="" gofret="" uchun="" poly-si="" iste'molini="" 15="" g="" dan="" past="" qiladi.="" 3bb="" dizayni="" oldingi="" kontaktlar="" uchun="" 2020="" yilga="" kelib="" 5bb="" dizayni="" uchun="" 50%="" ulush="" bilan="" tugatilishi="" kutilmoqda.="" ag="" pastalari="" va="" ekranlari="" doimiy="" ravishda="" yaxshilanib="" turganda,="" fs="" barmoq="" kengligi="" 2022="" yilga="" borib="" 30="" mikrongacha="" kamayadi.="" nam-kimyoviy="" ishlov="" berish="" vositalari="" 2018="" yilda="" 8000="" vafret="" soat="" ishlab="" chiqarishni="" kesib="" o'tdi="" va="" 2020="" yilga="" kelib="" 9000="" vafr="" soat="" ga="" tegadi.="" issiqlik="" ishlov="" berish="" uskunalari="" 2018="" yilda="" 5000="" wafer="" s="" ishlashga="" erishdi="" va="" 2020="" yilga="" qadar="" 7000="" vafr="" s="" dan="" o'tishi="" kutilmoqda.="" metallashtirish="" va="" iv="" sinov="" saralash="" bo'limi=""> 2022 yilga qadar 7000 vafr / s ga ega bo'lishi kutilmoqda.
Bozor ulushi> Al-BSF asosidagi hujayra texnologiyasi; 2018 yilda 60%< 2025="" yilga="" kelib="" 20%="" gacha="" kamayishi="" kutilmoqda.="" yuqori="" samarali="" quyosh="" batareyalari="" kontseptsiyalariga="" ko'proq="" e'tibor="" berilsa,="" perc="" ulushi="" 2022="" yilga="" kelib="" texnologiya=""> 50% bo'lishi kutilmoqda. Mono PERC ishlab chiqarish samaradorligi> 2022 yilga qadar 22%, ko'p PERC uchun esa bir vaqtning o'zida 21% ga tegishi kerak. Multi-PERC bilan bog'liq bo'lgan muhim jihat, ushbu modullarni maydonga o'rnatgandan so'ng samaradorlikni yo'qotishini minimallashtirish uchun LeTID-ga asoslangan muammoni yumshatishdir. Samaradorligi> bo'lgan Si HJ xujayralari; 2018 yilda 22% 2020 yilga qadar barqaror samaradorlikni 23% ga etkazishi kutilmoqda, bozor ulushi esa 2022 yilga kelib taxminan 10% ni tashkil etadi. Quyosh energiyasidan foydalanishning qo'shimcha afzalligi bilan yuqori samaradorlikdagi ikki yuzali hujayralar 2022 yilga kelib orqa tomondan nurlanish 20% bozor ulushiga ega bo'lishi kutilmoqda. N-tipdagi orqa aloqa quyosh batareyalari 2020 yilga qadar 24% samaradorlikni kesib o'tishi kutilmoqda.
8. Xulosa
Si quyosh xujayralari etuk ishlab chiqarish texnologiyalari bilan so'nggi o'n yilliklar davomida qayta tiklanadigan energiya sohasining muhim qismiga aylandi. P tipidagi ko'p kristalli gofretlar quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun asosiy vositaga aylandi. Shu bilan birga, yuqori samaradorlik va ishlab chiqarish xarajatlarining pasayishi bilan monokristalli quyosh xujayralari ham katta ulushga ega bo'ldi va yaqin kelajakda ko'p kristalli gofretlar bilan yaqindan raqobatlashishi kutilmoqda. Standart Al-BSF texnologiyasi uchun 19 va 20% navbati bilan ko'p kristalli va monokristalli quyosh xujayralari ko'rsatkichiga aylandi. Mono-PERC va ko'p PERC hujayralari stabillashgan samaradorlikka mos ravishda 21,5 va 20% ga etdi. Bunga qo'shimcha ravishda, PERC shuningdek, ikki tomonlama quyosh xujayralari uchun to'liq maydon aloqasi o'rniga RS-da panjara naqshiga ega bo'lish orqali oddiyroq usulni taqdim etadi. Yuqori samaradorlikdagi n-tipli va ikki yuzli quyosh xujayralari bozorda< 10%="" ni="" tashkil="" qiladi,="" kelajakda="" bu="" o'sishi="" kutilmoqda.="" so'nggi="" bir="" necha="" yil="" ichida="" ishlab="" chiqarish="" texnologiyalari="" ishlab="" chiqarish="" quvvatini="" oshirish="" uchun="" yanada="" takomillashtirilgan="" holda="" ancha="">
Rahmat
Mualliflar RCT Solutions GmbH kompaniyasining hamkasblariga ushbu bob uchun ba'zi tarkiblar olingan minnatdorchilik bildiradilar. Mehul C.Raval hamkasbi Jim Chjouga qora kremniy teksturasi bilan bog'liq munozaralar uchun minnatdorchilik bildiradi.
