Производство солнечных батарей

Более 85% солнечных батарей производятся на основе моно- и поликремния. Технология их производства достаточно сложная, длительная и энергоёмкая. Но обо всём по порядку.

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

• Получение «солнечного» кремния. В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит это путём высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.
• Выращивание кристаллов. Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского. Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся. В расплав опускается затравка — так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, выстраиваясь в чёткую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.
• Обработка. Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придаётся псевдоквадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид-кремниевой суспензии или алмазно-импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.
• Создание фотоэлектрического элемента. Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора — отсутствие электронов, то есть дырки (сторона p-типа). Вследствие этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решётки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут пытаться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки по обе стороны пластины припаиваются проводники.
• Сборка модулей.Пластинки соединяются сначала в цепочки, затем в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение даёт определённый уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединённые элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной плёнкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку — измерение вольт-амперных характеристик.
• Всё, можно использовать!

Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения необходимых силы тока и напряжения. Наглядное видео об этапах автоматической сборки, включая: пайку, ламинирование, коммутацию ячеек, установку распределительной коробки, стекла и алюминиевой рамы:

Производство поликристаллических солнечных батарей отличается только выращиванием кристалла. Есть несколько способов производства, но самый популярный сейчас и занимающий 75% всего производства — это Сименс-процесс. Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси из водорода и силана с поверхностью кремниевых слитков, разогретой до 650-1300 ° C. Высвобождённые атомы кремния образуют кристалл с древовидной (дендритной) структурой.

Тонкоплёночные батареи производятся в основном по технологии испарительной фазы. Сырьём для аморфных фотопреобразователей является кремневодород (силан, Sinh2n + 2). Он напыляется на материал подложки (стекло, керамика, металлические или полимерные ленты и др.) слоем менее 1 мкм. Водород в составе аморфного кремния (5-20%) изменяет его электрофизические свойства и придаёт ему полупроводниковые качества.

Производство аморфных преобразователей значительно проще кристаллических: без труда создаются пластины площадью более 1 м при температурах осаждения всего 250-400 ° C. К тому же их полупроводниковыми свойствами можно управлять, подбирая соединения компонентов плёнки для получения необходимых параметров.

Технология производства солнечных CIGS-батарей тоже заключается в напылении полупроводников. Делается это с помощью вакуумных камер и электронных пушек. Медь (Cu), индий (In) или галлий (Ga) напыляется путём последовательного осаждения на подложку из стекла, покрытую молибденом слоем в 1 мкм. Полученная структура обрабатывается парами селена (Se).

Есть ещё один способ изготовления CIGS-батарей — метод трафаретной печати или струйного напыления.

Благодарим Компанию "Эко систем" за подготовку предоставленного материала.