ที่มา: www.intechopen.com/books/solar-cells/industrial-silicon-solar-cells
โดย Mehul C. Raval และ Sukumar Madugula Reddy
ส่งเมื่อ: 4 ตุลาคม 2018 ทบทวนเมื่อ: 29 มกราคม 2019 เผยแพร่เมื่อ: 15 พฤษภาคม 2019
ดอย: 10.5772/intechopen.84817
บทคัดย่อ
บทนี้จะแนะนำเทคโนโลยีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนอุตสาหกรรมพร้อมสถานะปัจจุบัน เชิงพาณิชย์ p-type และโครงสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ n-type ที่มีประสิทธิภาพสูงจะมีการหารือและเปรียบเทียบเพื่อให้ผู้อ่านสามารถเริ่มต้นในเซลล์แสงอาทิตย์อุตสาหกรรมได้ มีการนำเสนอภาพรวมโดยย่อของขั้นตอนกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่การเทพื้นผิวไปจนถึงการเคลือบโลหะด้วยการพิมพ์หน้าจอ กระบวนการสร้างพื้นผิวสำหรับเวเฟอร์ซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์และหลายคริสตัลได้รับการตรวจสอบด้วยกระบวนการล่าสุด ภาพรวมของกระบวนการทางความร้อนของการแพร่กระจายและการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนได้ถูกนำเสนอ กระบวนการพิมพ์สกรีนที่เป็นที่ยอมรับสำหรับการเคลือบโลหะด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ถูกนำมาใช้กับขั้นตอนการยิงที่รวดเร็วสำหรับการเผาผนึกหน้าสัมผัส แนะนำการทดสอบ IV ของเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยพารามิเตอร์ต่างๆ สำหรับการกำหนดลักษณะเซลล์แสงอาทิตย์ การพัฒนาล่าสุดในกระบวนการต่างๆ และการผลิตอุปกรณ์ยังถูกกล่าวถึงพร้อมกับแนวโน้มในอนาคตที่คาดหวัง
คีย์เวิร์ด
ซิลิคอน
พลังงานแสงอาทิตย์
การผลิต
หลายผลึก
โมโนคริสตัลลีน
พื้นผิว
1. บทนำ
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญซึ่งเติบโตอย่างรวดเร็วจาก 8GW ในปี 2550 เป็น 400GW ในปี 2560 [1] นอกจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นแล้ว ต้นทุนระบบ PV ก็ลดลงอย่างมีนัยสำคัญจาก 35.7$/Wpin 1980 เป็น 0.34$/Wpin 2017 ซึ่งเร่งการนำไปใช้ [2] ซิลิคอน (Si) ซึ่งเป็นวัสดุที่สำคัญของอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ยังเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเซลล์แสงอาทิตย์ตั้งแต่ทศวรรษ 1950 โดยมีส่วนแบ่งตลาด>90% [2] บทนี้จะแนะนำขั้นตอนทั่วไปสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนเชิงพาณิชย์ ประวัติโดยย่อของเซลล์แสงอาทิตย์และภาพรวมของชนิดของพื้นผิวซิลิกอนพร้อมกับสถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ที่แตกต่างกันจะนำเสนอในส่วนที่ 2 และ 3 ต่อจากนั้น จะอธิบายขั้นตอนเคมีเปียกและอุณหภูมิสูงที่ใช้ในการประดิษฐ์ในส่วนต่างๆ 4 และ 5 ส่วนที่ 6 จะหารือเกี่ยวกับกระบวนการทำให้เป็นโลหะพร้อมกับพารามิเตอร์การกำหนดลักษณะทั่วไปสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ สุดท้าย แผนงานในอนาคตและแนวโน้มที่คาดหวังจะกล่าวถึงในส่วนสรุป
2. วิวัฒนาการของเซลล์แสงอาทิตย์
'โฟโตโวลตาอิกเอฟเฟกต์' หมายถึงการสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับแสงอย่างแท้จริง ปรากฏการณ์นี้เป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Edmund Becquerel ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีในปี 1839 ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ WGAdams และ REDay ได้สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้บนอุปกรณ์โซลิดสเตตที่ทำจากซีลีเนียมในปี 1876 [3] ตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมา มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ตั้งแต่<1% ถึง="">23% [2] และซิลิคอนเป็น 'ตัวขับเคลื่อน' ของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ตั้งแต่ แล้ว. วิวัฒนาการของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1. วิวัฒนาการของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน (ก) พ.ศ. 2484: เซลล์แสงอาทิตย์รายงานว่ามีจุดเชื่อมต่อแบบโต (b) พ.ศ. 2497: จุดเชื่อมต่อเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีการแพร่กระจายของสารเจือปน (ค) พ.ศ. 2513: เซลล์สีม่วงที่มีช่องพื้นผิวอะลูมิเนียมด้านหลัง (ง) พ.ศ. 2517: เซลล์สีดำที่มี พื้นผิวที่มีพื้นผิวทางเคมี [3]
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนแรกที่แสดงให้เห็นโดย Russell Ohl จาก Bell Laboratories ในช่วงทศวรรษที่ 1940 มีพื้นฐานอยู่บนรอยต่อตามธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากการแยกสิ่งเจือปนในระหว่างกระบวนการตกผลึกซ้ำ [3] เซลล์มีประสิทธิภาพ<1% เนื่องจากขาดการควบคุมตำแหน่งทางแยกและคุณภาพของวัสดุซิลิกอน="" ระบบการตั้งชื่อสำหรับการตั้งชื่อภูมิภาค="" (p-type:="" ด้านที่เป็นไฟส่องสว่างและ="" n-type:="" ด้านอื่น="" ๆ="" )="" ที่กำหนดโดย="" ohl="">
ในช่วงทศวรรษที่ 1950 มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในกระบวนการแพร่ที่อุณหภูมิสูงสำหรับสารเจือปนในซิลิกอน Person, Fuller และ Chaplin จาก Bell Laboratories สาธิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ 4.5% พร้อมยาสลบที่ใช้ลิเธียม ซึ่งปรับปรุงเป็น 6% ด้วยการแพร่กระจายโบรอน เซลล์แสงอาทิตย์มี 'การห่อหุ้ม' รอบโครงสร้าง (รูปที่ 1(ข)) โดยมีหน้าสัมผัสทั้งสองที่ด้านหลังเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียการแรเงา แต่นำไปสู่การสูญเสียความต้านทานที่สูงขึ้นเนื่องจากโครงสร้างแบบพันรอบ ภายในปี 1960 โครงสร้างเซลล์ได้พัฒนาเป็นดังที่แสดงในรูปที่ 1(c). เนื่องจากเป็นการใช้งานสำหรับการสำรวจอวกาศ จึงใช้ซับสเตรตที่มีความต้านทานสูง 10Ω ซม. เพื่อให้มีความต้านทานการแผ่รังสีสูงสุด ใช้หน้าสัมผัสระเหยสูญญากาศทั้งสองด้าน ในขณะที่เคลือบซิลิกอนมอนอกไซด์ถูกใช้เป็นสารเคลือบป้องกันแสงสะท้อน (ARC) ที่ด้านหน้า (FS) [3].
ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 พบว่าการเผาอะลูมิเนียมที่ด้านหลังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์ด้วยการสร้างส่วนต่อประสานที่มีสารเจือหนักซึ่งเรียกว่า 'back-surface field (Al-BSF)' และการรับสิ่งเจือปน [3]. Al-BSF ลดการรวมตัวกันของตัวพาที่ด้านหลัง ดังนั้นจึงปรับปรุงแรงดันไฟฟ้าและการตอบสนองของสเปกตรัมความยาวคลื่นยาว การใช้นิ้วที่ละเอียดกว่าและเว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดช่วยลดความต้องการยาสลบที่จุดต่อและขจัดชั้นที่ตายแล้ว ARC ของไททาเนียมไดออกไซด์ (TiOx) ใช้และเลือกความหนาเพื่อลดการสะท้อนของความยาวคลื่นที่สั้นลงและให้เซลล์สุริยะมีลักษณะเป็นสีม่วง ปรับปรุงเพิ่มเติมโดยการทำพื้นผิวเวเฟอร์โดยใช้การกัดแบบแอนไอโซทรอปิกของเวเฟอร์ (100) เพื่อแสดงพื้นผิว (111) พื้นผิวนำไปสู่การดักจับแสงที่ดีขึ้นและทำให้เซลล์มีลักษณะเป็นกำมะหยี่สีเข้ม สถาปัตยกรรมเซลล์ที่ได้รับการปรับปรุงจะแสดงในรูปที่ 1(ง). ในปี 1976 Rittner และ Arndt ได้สาธิตเซลล์แสงอาทิตย์บนบกด้วยประสิทธิภาพที่ใกล้ถึง 17% [3].
เซลล์แสงอาทิตย์แบบพาสซีฟแบบพาสซีฟ (PESC) บรรลุความสำเร็จครั้งสำคัญที่ 20% ในปี พ.ศ. 2527-2529 พื้นที่สัมผัสของโลหะ/ซิลิกอนมีเพียง 0.3% ในเซลล์ PESC ในขณะที่ ARC สองชั้นของ ZnS/MgF2ถูกนำมาใช้ในโครงสร้างเซลล์ทั้งสอง ในปี พ.ศ. 2537 เซลล์กระจายตัวแบบพาสซีฟด้านหลังเฉพาะที่ (PERL) มีประสิทธิภาพ 24%3]. เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ PESC เซลล์ PERL มีปิรามิดกลับด้านบน FS เพื่อการดักจับแสงและการเกิดฟิล์มออกไซด์ที่ดีขึ้นทั้งสองด้าน ชั้นฟิล์มออกไซด์ที่ด้านหลังยังช่วยปรับปรุงการสะท้อนภายในของความยาวคลื่นยาวและด้วยเหตุนี้การตอบสนองต่อสเปกตรัม
นอกจากสถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ที่พัฒนาขึ้นแล้ว ยังมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในโดเมนการผลิตในแง่ของปริมาณงานที่เพิ่มขึ้น การปรับปรุงขั้นตอนของกระบวนการ และต้นทุนที่ลดลง ภาพรวมโดยย่อของการผลิตสารตั้งต้น Si และเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดต่างๆ จะแสดงในหัวข้อถัดไป
3. เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนเชิงพาณิชย์
Si เป็นวัสดุที่มีมากเป็นอันดับสองของโลกรองจากออกซิเจน และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซิลิกอนเกรดโลหะ (Mg-Si) ที่มีความบริสุทธิ์ 98% ได้มาจากการให้ความร้อนควอตซ์ (SiO2) ด้วยคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง 1,500-2,000 [4] Mg-Si ถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมเพื่อให้ได้ชิ้นซิลิกอนเกรดแสงอาทิตย์ที่มีความบริสุทธิ์ 99.99% จากนั้นจึงนำ Si แท่งเกรดพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผ่านการกลั่นแล้วไปแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อให้ได้แท่งโลหะ Si ในรูปแบบโมโนคริสตัลไลน์และหลายผลึก ซึ่งเป็นซิลิกอนจำนวนมาก ใน mono-crystalline Si อะตอมจะถูกจัดเรียงในแนวผลึกเดียวกันทั่วทั้งวัสดุ สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ควรใช้การวางแนว (100) เนื่องจากสามารถกำหนดพื้นผิวได้ง่ายเพื่อลดการสะท้อนของพื้นผิว [5] Multi-crystalline Si ตามชื่อที่แนะนำมีวัสดุ Si หลายเม็ดที่มีทิศทางต่างกันซึ่งแตกต่างจากพื้นผิวแบบโมโนคริสตัล วัสดุโมโนคริสตัลไลน์มีอายุการใช้งานของพาหะส่วนน้อยที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับมัลติคริสตัลไลน์ Si และด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์จึงสูงขึ้นสำหรับเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่กำหนด
วิธี Czochralski (Cz) สำหรับการผลิตแท่ง Si แบบโมโนคริสตัลไลน์แสดงไว้ในรูปที่ 2(a) ซิลิคอนหลอมเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูงที่มีสารเจือปนอยู่เหนือจุดหลอมเหลว จากนั้นคริสตัลเมล็ดจะถูกดึงในอัตราที่ช้ามากเพื่อให้ได้แท่งโลหะขนาดใหญ่ถึง 300 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางและความยาว 2 ม. ซิลิคอนหลอมเหลวสามารถเจือด้วยสารเจือปนชนิด p หรือชนิด n เพื่อให้ได้แท่งโลหะ Si แบบโมโนคริสตัลไลน์เฉพาะที่มีน้ำหนักไม่เกิน 200 กิโลกรัม [2] แผ่นเวเฟอร์ที่เลื่อยจากแท่งโลหะมีขอบเป็นวงกลม จึงเรียกรูปทรงนี้ว่า 'สี่เหลี่ยมจตุรัสเทียม' แท่งซิลิกอนหลายผลึกถูกสร้างขึ้นโดยการหลอม Si ที่มีความบริสุทธิ์สูงและตกผลึกในเบ้าหลอมขนาดใหญ่โดยกระบวนการแข็งตัวตามทิศทาง [7] ตามที่แสดงในรูปที่ 2(b) กระบวนการนี้ไม่มีการวางแนวคริสตัลอ้างอิงเหมือนกับกระบวนการ Cz ดังนั้นจึงสร้างวัสดุซิลิกอนที่มีทิศทางต่างกัน ปัจจุบันแท่ง Si ที่มีหลายผลึกมีน้ำหนัก>800kg [2] ซึ่งจะถูกตัดเป็นก้อนอิฐและเลื่อยเป็นแผ่นเวเฟอร์ต่อไป
ขนาดปัจจุบันของเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์และมัลติคริสตัลไลน์สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์คือ 6 นิ้ว×6 นิ้ว พื้นที่ของแผ่นเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์จะน้อยลงเล็กน้อยเนื่องจากรูปทรงสี่เหลี่ยมจตุรัสเทียม วัสดุฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์คือสารตั้งต้นที่มีสารเจือโบรอน p-type Si พื้นผิว N-type Si สำหรับใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่มีความท้าทายทางเทคนิคเพิ่มเติมเช่นการได้รับยาสลบที่สม่ำเสมอตามแท่งโลหะเมื่อเทียบกับพื้นผิวประเภท p
รูปที่ 2 ภาพประกอบของ (a) กระบวนการ Cz สำหรับแท่งผลึกเดี่ยวและ (b) กระบวนการแข็งตัวตามทิศทางสำหรับแท่งผลึกหลายผลึก
การจำแนกประเภทกว้างๆ ของเซลล์สุริยะประเภทต่างๆ พร้อมกับช่วงประสิทธิภาพแสดงไว้ในภาพที่ 3 เทคโนโลยี Aluminium back-surface field (Al-BSF) แบบมาตรฐานเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดเนื่องจากกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย มันขึ้นอยู่กับการสะสมของอัลด้านหลังแบบเต็ม (RS) Al โดยกระบวนการพิมพ์หน้าจอและการก่อตัวของ ap+BSF ซึ่งช่วยขับไล่อิเล็กตรอนจากด้านหลังของพื้นผิวประเภท p และปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์ ขั้นตอนการผลิตสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF แสดงในภาพที่ 4 การออกแบบมาตรฐานของเซลล์สุริยะเชิงพาณิชย์มีรูปแบบกริด FS และหน้าสัมผัส RS แบบเต็มพื้นที่
รูปที่ 3 การจำแนกประเภทโซลาร์เซลล์แบบกว้าง ๆ
รูปที่ 4 การไหลของการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF
เซลล์แสงอาทิตย์แบบสัมผัสด้านหลังตัวปล่อยแบบพาสซีฟ (PERC) ปรับปรุงสถาปัตยกรรม Al-BSF โดยการเพิ่มชั้นทู่ด้านหลังเพื่อปรับปรุงทู่ด้านหลังและการสะท้อนภายใน อะลูมิเนียมออกไซด์เป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการทำฟิล์ม RS โดยมีประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์โดยเฉลี่ยเกือบ 21% ที่ได้จากการผลิต [8]. กลุ่มผลิตภัณฑ์เซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF ที่มีอยู่สามารถอัปเกรดเป็นกระบวนการ PERC ได้ด้วยเครื่องมือเพิ่มเติมอีกสองเครื่องมือ
สถาปัตยกรรมเซลล์สามเซลล์ที่เหลือส่วนใหญ่เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงโดยอิงจากซับสเตรต n-type Si เซลล์แสงอาทิตย์ a-Si heterojunction มีชั้น a-Si บน FS และ RS ของสารตั้งต้น Si ชนิด n เพื่อสร้าง 'heterojunctions' ซึ่งแตกต่างจากชุมทาง pn แบบกระจายอุณหภูมิสูงทั่วไป เทคโนโลยีดังกล่าวทำให้สามารถประมวลผลได้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่า แต่มีความอ่อนไหวต่อคุณภาพของส่วนต่อประสานพื้นผิวเป็นอย่างมาก เซลล์แสงอาทิตย์แบบ heterojunction แบบ a-Si ผลิตโดย Sanyo Electric ซึ่งปัจจุบันถูกครอบครองโดย Panasonic [9] ในการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบสัมผัสด้านหลังแบบอินเตอร์ดิจิเนต (IBC) หน้าสัมผัสทั้งสองข้างอยู่ที่ด้านหลังเพื่อขจัดการสูญเสียการบังหน้าสัมผัสของ FS โดยปกติสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ IBC ทางแยกจะอยู่ที่ด้านหลังด้วย ผู้ผลิตรายแรกๆ ของเซลล์แสงอาทิตย์ IBC ชนิด n ที่มีประสิทธิภาพสูงคือ SunPower Corporation [10] เซลล์สองหน้าตามชื่อสามารถจับแสงจากทั้งสองด้านของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ สิ่งนี้ทำให้ด้านหลังมีหน้าสัมผัสแบบกริดเพื่อเปิดใช้งานการรวบรวมแสง ตัวอย่างของเทคโนโลยี bifacial คือเซลล์แสงอาทิตย์ BiSON ที่พัฒนาและจำหน่ายโดย ISC Konstanz [11] ควรสังเกตว่าการจำแนกประเภทที่ระบุไม่ใช่รายการโดยละเอียดของสถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทอื่นๆ ซึ่งอยู่ในเฟส R&D ซึ่งใกล้เคียงกับการจำหน่ายหรือกำลังผลิตอยู่ ส่วนต่อไปจะให้ภาพรวมของขั้นตอนกระบวนการสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF
4. กระบวนการเปียกเคมีสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์
การบำบัดด้วยเคมีแบบเปียกเป็นขั้นตอนที่สำคัญในการประมวลผลเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับการกำจัดความเสียหายจากเลื่อย (SDR) สำหรับแผ่นเวเฟอร์แบบตัด การปรับพื้นผิวของพื้นผิวเพื่อเพิ่มการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ที่เข้ามาและการแยกขอบหลังจากกระบวนการแพร่ ตามที่กล่าวไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ ส่วนใหญ่จะใช้เวเฟอร์ซิลิคอนแบบโมโนคริสตัลไลน์และหลายคริสตัลไลน์ที่ใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ การประมวลผลแบบเปียก-เคมีสำหรับเวเฟอร์แต่ละประเภทจะกล่าวถึงในตอนต่อไป
4.1 เท็กซ์เจอร์ของเวเฟอร์ซิลิกอนโมโนคริสตัลไลน์
ตามที่ระบุไว้ในหัวข้อที่ 2 การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์เริ่มต้นด้วยเวเฟอร์โมโนคริสตัลลีนเป็นหลัก และด้วยเหตุนี้จึงใช้วิธีการที่เป็นที่ยอมรับอย่างดีจากโดเมนของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ การกัดกรดแบบแอนไอโซทรอปิกแบบอัลคาไลน์ตาม KOH/NaOH ใช้สำหรับการสร้างพื้นผิวเสี้ยมของเวเฟอร์โมโนคริสตัล แผ่นเวเฟอร์ผลึกเดี่ยวที่ตัดแล้วมีการสะท้อนแสงเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักที่>30% (เกินความยาวคลื่น 300–1,200 นาโนเมตร) ซึ่งจะลดลงเหลือ 11–12% หลังจากกระบวนการสร้างพื้นผิว ลักษณะทางสัณฐานวิทยาโดยทั่วไปของพื้นผิวที่เป็นด่างจะแสดงในรูปที่ 5 สารละลายกัดกรดแบบแอนไอโซทรอปิกกัดพื้นผิว (100) ของแผ่นเวเฟอร์เพื่อให้เห็นหน้า (111) ซึ่งมีความหนาแน่นของอะตอมซิลิกอนสูงกว่าและด้วยเหตุนี้อัตราการกัดที่ช้ากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ ( 100) ใบหน้า ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโครงสร้างพีระมิดแบบสุ่มซึ่งสร้างมุม 54.7° เมื่อเทียบกับพื้นผิวเวเฟอร์
รูปที่ 5.สัณฐานวิทยาพื้นผิวโดยทั่วไปของเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์ที่มีพื้นผิวอัลคาไลน์
พารามิเตอร์ทั่วไปสำหรับกระบวนการสร้างพื้นผิวอัลคาไลน์แสดงไว้ในตารางที่ 1 โปรดทราบว่าค่าของพารามิเตอร์ต่างๆ เป็นตัวบ่งชี้และไม่ควรใช้ค่าสัมบูรณ์เนื่องจากมีผู้ผลิตสารเติมแต่งหลายรายในตลาด เริ่มแรกใช้ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA) เป็นสารเติมแต่งในสารละลายพื้นผิว ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการกัด แต่ทำหน้าที่เป็นสารทำให้เปียกเพื่อปรับปรุงความเป็นเนื้อเดียวกันของกระบวนการสร้างพื้นผิวโดยป้องกันไม่ให้ฟอง H2 (เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา) ที่เกาะติด ผิวซิลิกอน [12] อย่างไรก็ตาม ภายในปี 2010 IPA ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยสารเติมแต่งอื่นเนื่องจากข้อเสียเช่น ความเข้มข้นที่ไม่เสถียร เนื่องจากอุณหภูมิของอ่างใกล้กับจุดเดือดของ IPA (82.4°C) ต้นทุนสูง การบริโภคที่สูง อันตรายต่อสุขภาพ และการระเบิด หลายกลุ่มได้ตีพิมพ์งานการพัฒนาเพื่อแทนที่ IPA ด้วยสารเติมแต่งอื่นเพื่อเอาชนะข้อเสียของ IPA เพิ่มหน้าต่างกระบวนการ และลดแสงสะท้อนพื้นผิว [12,13,14,15,16] สารเติมแต่งยังลดเวลาในการดำเนินการลงเหลือ<10 นาที="" และเพิ่มอายุการอาบน้ำเป็น="">100 รอบ
กระบวนการ
เกาะ/IPA
เกาะ/สารเติมแต่ง
เกาะ (%) | 3 | & lt;3 |
ไอพีเอ (%) | 6 | — |
สารเติมแต่ง (%) | — | & lt;2 |
อุณหภูมิในกระบวนการ [°C] | & gt;80 | 70–100 |
ขนาดพีระมิด [μm] | 5–12 | 2–7 |
เวลาดำเนินการ [นาที] | 30–40 | 5–10 |
เนื้อหาอินทรีย์ [wt%] | 4–10 | & lt;1.0 |
จุดเดือด [°C] | 83 | & gt;100 |
อายุการใช้งานอาบน้ำ | & lt;15 | & gt;100 |
ตารางที่ 1. พารามิเตอร์กระบวนการสำหรับการทำพื้นผิวอัลคาไลน์แบบอิงตาม IPA และแบบเติมแต่งของเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์
กระบวนการเท็กซ์เจอร์ของเวเฟอร์แบบโมโนคริสตัลไลน์โดยทั่วไปจะดำเนินการใน 'แบทช์' ซึ่งหมายความว่าเวเฟอร์ถูกโหลดในพาหะที่มีช่องสำหรับยึดเวเฟอร์ (100 สล็อตในพาหะ) จากนั้นแบทช์จะถูกประมวลผลตามลำดับในอ่างสำหรับ การทำให้พื้นผิว การทำความสะอาด ขั้นตอนการบำบัดเพื่อขจัดสารตกค้างอินทรีย์และการปนเปื้อนของโลหะ และทำให้แผ่นเวเฟอร์แปรรูปแห้ง ตัวพามักจะเคลือบด้วย PVDF ซึ่งมีความทนทานต่อสารเคมี การเสียดสี และการสึกหรอทางกลต่างๆ ได้เป็นอย่างดี ตัวพาทั่วไปสำหรับการจัดการเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์แสดงไว้ในภาพที่ 6 เครื่องมือกำหนดพื้นผิวแบบกลุ่มมีอ่างเฉพาะสำหรับแต่ละขั้นตอนด้วยถังจ่ายสารเคมีที่ใช้ในอ่าง เครื่องมือนี้ประมวลผลตัวพาหลายตัวพร้อมกันและสามารถเข้าถึงปริมาณงานของ>6,000 เวเฟอร์ต่อชั่วโมงด้วยการประมวลผลสี่ตัวพาในเวลาเดียวกัน
รูปที่ 6.Carriers สำหรับการโหลดเวเฟอร์ใน batch tool ที่มา: RCT Solutions GmbH
4.2 เท็กซ์เจอร์ของเวเฟอร์ซิลิคอนหลายผลึก multi
เวเฟอร์หลายผลึกมีความได้เปรียบด้านต้นทุนเมื่อเทียบกับเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์และด้วยเหตุนี้จึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เคมีอัลคาไลน์ที่ใช้สำหรับสร้างพื้นผิวเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์ไม่เหมาะสำหรับเวเฟอร์หลายผลึกเนื่องจากการมีอยู่ของแนวเกรนที่แตกต่างกัน เคมีที่เป็นกรดทางเลือกตาม HF และ HNO3 ได้รับการพัฒนาเพื่อขจัดความเสียหายของเลื่อยและพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์หลายผลึกพร้อมกัน [17,18] พื้นผิวที่ใช้สารละลายที่เป็นกรดทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง และด้วยเหตุนี้จึงนำไปสู่การปล่อยก๊าซปฏิกิริยาลดลง การสร้างความร้อนเพียงเล็กน้อย ความเสถียรที่สูงขึ้นของสารละลายกัดเซาะ และการควบคุมอัตราการกัดที่ดีขึ้น [18] การเปรียบเทียบการทำพื้นผิวอัลคาไลน์และกระบวนการกำหนดพื้นผิวที่เป็นกรดสำหรับเวเฟอร์หลายผลึกแสดงไว้ในภาพที่ 7
รูปที่ 7 การเปรียบเทียบพื้นผิวอัลคาไลน์และกรดสำหรับเวเฟอร์หลายผลึก กราฟการสะท้อนหลังจากการตกตะกอนของ SiNx:H ยังแสดงให้เห็นเพื่อการเปรียบเทียบ [17]
กระบวนการกำหนดพื้นผิวที่เป็นกรดของแผ่นเวเฟอร์หลายผลึกสามารถทำได้ในเวลาที่ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับกระบวนการสร้างพื้นผิวที่เป็นด่าง และด้วยเหตุนี้จึงสามารถนำไปใช้ในรูปแบบ 'อินไลน์' โดยที่แผ่นเวเฟอร์จะถูกส่งผ่านลูกกลิ้งที่แช่อยู่ในอ่างกัดเซาะ รูปภาพที่เป็นตัวแทนของกระบวนการอินไลน์พร้อมกับกระบวนการสร้างพื้นผิวที่เป็นกรดทั่วไปจะแสดงในรูปที่ 8 สำหรับการกำหนดค่าห้าเลน เครื่องมืออินไลน์สามารถมีปริมาณงานสูงถึง 4,000 เวเฟอร์ต่อชั่วโมง สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์คว่ำลงในสารละลายกัดมีพื้นผิวที่ดีกว่าด้านบนและเป็น 'ด้านที่มีแดด' สำหรับการประมวลผลต่อไป กระบวนการเท็กซ์เจอร์ที่เป็นกรดทำให้เกิดการก่อตัวของซิลิกอนที่มีรูพรุนบนพื้นผิวที่มีพื้นผิวซึ่งดูดซับแสงและยังเพิ่มการรวมตัวของพื้นผิวอีกด้วย [18] ดังนั้นซิลิกอนที่มีรูพรุนจะถูกลบออกโดยใช้สารละลายอัลคาไลน์เจือจาง ต่อจากนั้น จะทำการทำความสะอาดที่เป็นกรด (HF+HCl) เพื่อขจัดออกไซด์และการปนเปื้อนของโลหะออกจากผิวเวเฟอร์
รูปที่ 8 (a) กระบวนการอินไลน์ตัวแทนที่มีห้าเลนและ (b) การไหลของกระบวนการพื้นผิวที่เป็นกรดสำหรับเวเฟอร์หลายผลึก
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่ากระบวนการกำหนดพื้นผิวที่เป็นกรดที่กล่าวถึงข้างต้นนั้นเหมาะสำหรับเวเฟอร์หลายผลึกที่เลื่อยลวดเลื่อย (SWS) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการเลื่อยลวดเพชร (DWS) ได้เข้ามาแทนที่การตัดโดยใช้ลวดสลบ เนื่องจากกระบวนการและความได้เปรียบทางเศรษฐกิจ [19] ความเสียหายจากการเลื่อยของแผ่นเวเฟอร์หลายผลึกของ SWS นั้นมีมากกว่าแผ่นเวเฟอร์ DWS ซึ่งมีร่องตรงที่ลึกและพื้นผิวที่เรียบกว่าแผ่นเวเฟอร์เลื่อยลวดหนาม [19] ความเสียหายของเลื่อยสำหรับแผ่นเวเฟอร์ SWS มีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นกระบวนการกำหนดพื้นผิว ซึ่งจะไม่เกิดขึ้นกับแผ่นเวเฟอร์ DWS
มีการเสนอวิธีการต่างๆ เพื่อทำให้พื้นผิวเวเฟอร์หลายผลึกของ DWS และถูกสรุปไว้ในตารางที่ 2[20] โดยการปรับวิธีการต่างๆ สามารถรับการสะท้อนที่ใกล้เคียงกับ 0% และด้วยเหตุนี้ คำว่า 'ซิลิกอนสีดำ' จึงถูกใช้สำหรับกระบวนการสร้างพื้นผิวของเวเฟอร์หลายผลึกของ DWS RIE เป็นวิธีแรกในการผลิตซิลิกอนสีดำและใช้ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูไรด์ (SF6) เพื่อทำปฏิกิริยากับ Si และก๊าซ เช่น Cl2 และ O2 เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาและจำกัดปฏิกิริยา [20] เมื่อเร็วๆ นี้ เซลล์สุริยะ PERC แบบหลายเชิงพาณิชย์ที่มีประสิทธิภาพเฉลี่ย 21.3% ได้รับการพิสูจน์ด้วยกระบวนการสร้างพื้นผิวแบบ RIE [21] อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก RIE เป็นกระบวนการที่ใช้สุญญากาศ ปริมาณงานจึงต่ำเมื่อเทียบกับกระบวนการอินไลน์ทั่วไป และยังจำเป็นต้องมีการประมวลผลล่วงหน้าและหลังการประมวลผลเพิ่มเติมเพื่อขจัดความเสียหายของเลื่อยและความเสียหายเนื่องจากการทิ้งระเบิดด้วยไอออน ตามลำดับ มีการนำวิธีการ RIE มาใช้ในรูปแบบต่างๆ ที่ไม่ต้องใช้สุญญากาศหรือพลาสมาในเครื่องมือเชิงพาณิชย์ [22]
วิธี
รีเอเจนต์
หน้ากาก
ตัวเร่ง
การสะท้อนขั้นต่ำ (%)
การกัดด้วยปฏิกิริยาอิออน (RIE) | เอสเอฟ6/O2, เอสเอฟ6/Cl2/O2, เอสเอฟ6/O2/CH4 | ไม่มี | ไม่มี | 4.0 |
การฝังไอออนในพลาสมา (PIII) | เอสเอฟ6/O2 | ไม่มี | ไม่มี | 1.8 |
การฉายรังสีด้วยเลเซอร์ | CCl4, C2Cl3F3, เอสเอฟ6, Cl2, N2, แอร์ | ไม่มี | ไม่มี | 2.5 |
การแกะสลักด้วยพลาสม่า | เอสเอฟ6 | อนุภาคนาโน Ag | ไม่มี | 4.2 |
การกัดด้วยสารเคมีโดยใช้โลหะช่วย (MACE) | AgNO3/HF/HNO3 | ไม่มี | Ag, Au | 0.3 |
การแกะสลักด้วยไฟฟ้าเคมี | HF, EtOH, H2O | ไม่มี | ไม่มี | & lt;5.0 |
ตารางที่ 2. วิธีการต่างๆ สำหรับการทำพื้นผิวเวเฟอร์หลายผลึกที่เลื่อยด้วยลวดเพชร [20]
แนวทางหนึ่งสำหรับการเท็กซ์เจอร์เวเฟอร์หลายผลึกของ DWS คือการอัพเกรดเคมีที่มีพื้นผิวที่เป็นกรดที่มีอยู่ด้วยสารเติมแต่ง [23,24,25] วิธีการดังกล่าวอาจมี CoO ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับแนวทางที่ใช้ MACE [23] การสะท้อนกลับของวิธีการที่ใช้สารเติมแต่งดังกล่าวได้แสดงให้เห็นแล้วว่าคล้ายกับโซลูชันการสร้างไอโซเท็กซ์เจอร์แบบเดิมที่มีประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ 18.7% สำหรับโครงสร้างแบบ Al-BSF
การทำให้พื้นผิวที่ใช้ MACE นั้นคล้ายกับวิธีการกัดกรดแบบธรรมดาที่มีขั้นตอนเพิ่มเติมของการสะสมโลหะด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา การไหลของกระบวนการประกอบด้วย SDR, การสะสมโลหะด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา, การกัดด้วยสารเคมี และหลังการบำบัด มีประสิทธิภาพ 19.2% สำหรับเซลล์ Al-BSF หลายเซลล์เชิงพาณิชย์โดยใช้กระบวนการสร้างพื้นผิว MACE แบบแบทช์ [26] เครื่องมือเชิงพาณิชย์ที่ใช้ MACE แบบอินไลน์ได้รับการสาธิตโดยมีความเป็นไปได้ในการปรับการสะท้อนแสงในช่วง 12–23% และรับประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยสำหรับโครงสร้าง Al-BSF และ PERC 18.8 และ 20.2% ตามลำดับ [27] รูปภาพที่เป็นตัวแทนของพื้นผิวตามกระบวนการ MACE จะแสดงในรูปที่ 9 ต้นทุนการเป็นเจ้าของ (CoO) ของกระบวนการ MACE แบบอินไลน์อาจต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ MACE แบบกลุ่มซึ่งมีขอบเขตในการลดเพิ่มเติมโดยการรีไซเคิล Ag จากอ่างปรับพื้นผิว [27].
รูปที่ 9.MACE พื้นผิว DWS หลายเวเฟอร์ (a) พื้นผิวที่มี Ravg=12% และ (b) พื้นผิวที่มี Ravg=22% [27]
4.3 การแยกขอบตามเคมีเปียก
บริเวณอีซีแอลในเซลล์แสงอาทิตย์ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยกระบวนการแพร่ที่อุณหภูมิสูง ในระหว่างกระบวนการแพร่ แก้วฟอสเฟอร์ซิลิเกต (PSG) จะถูกวางบนแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งควรถอดออกก่อนที่จะเกิดการสะสมของชั้น ARC ดังที่แสดงในรูปที่ 10 หลังจากขั้นตอนการแพร่กระจาย พื้นที่ประเภท n ยังปรากฏอยู่ที่ขอบและด้านหลังของแผ่นเวเฟอร์ด้วย เลเยอร์ชนิด n บนขอบและด้านหลังจะลัดวงจรอีซีแอลด้วยซับสเตรตฐาน และด้วยเหตุนี้จึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องกัดเซาะบริเวณเหล่านี้และแยกอิมิตเตอร์บน FS ออกจากซับสเตรตฐานดังที่แสดงไว้ในรูปที่ 10(c)
รูปที่ 10. การประมวลผลของซิลิคอนเวเฟอร์หลังจากการแพร่และการแยกขอบ (a) เวเฟอร์ซิลิกอนที่มีพื้นผิว (b) เวเฟอร์ซิลิคอนแบบกระจาย (c) เวเฟอร์ซิลิคอนแบบกระจายหลังจากการแยกขอบ
กระบวนการแยกขอบสามารถทำได้ในลักษณะอินไลน์ที่คล้ายกับกระบวนการสร้างพื้นผิวที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้า ข้อยกเว้นในกรณีนี้คือสารเคมีควรกัดเฉพาะด้านหลังและขอบโดยไม่ทำปฏิกิริยากับ FS ภาพตัวอย่างของกระบวนการแยกขอบแสดงอยู่ในภาพที่ 11 สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือลูกกลิ้งจะอยู่ด้านล่างเท่านั้น เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้สัมผัสกับด้านหน้าของสารละลายกัดกรด ขั้นตอนที่ตามมาหลังจากการกัดแบบ RS จะคล้ายกับขั้นตอนในเครื่องกำหนดพื้นผิวแบบอินไลน์
รูปที่ 11.ภาพตัวแทนของเซลล์แสงอาทิตย์ในอ่างแยกขอบแบบอินไลน์
5. กระบวนการทางความร้อนสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์
กระบวนการที่อุณหภูมิสูงเป็นส่วนสำคัญของการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างของกระบวนการดังกล่าว ได้แก่ การสร้างรอยต่อ pn โดยการแพร่กระจาย การยิงของหน้าสัมผัสที่พิมพ์หน้าจอ การเปิดใช้งานเลเยอร์ทู่ผิว หรือข้อบกพร่องที่เกิดจากกระบวนการหลอม ส่วนนี้แสดงให้เห็นฟิสิกส์พื้นฐานของกระบวนการแพร่ของอีมิตเตอร์และการสะสมไอเคมีในพลาสมา (PECVD)
5.1 การแพร่กระจายของอิมิตเตอร์
การแพร่กระจายของอีซีแอลเป็นหนึ่งในขั้นตอนความร้อนที่สำคัญในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในอุตสาหกรรม อิมิตเตอร์ชนิด n ของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิกอนชนิด p เกิดจากการแพร่กระจายของฟอสฟอรัส (P) ในกระบวนการแพร่ Si wafers จะถูกส่งไปในเตาเผาและสัมผัสกับฟอสฟอริลคลอไรด์ (POCl3) และ O2 ที่อุณหภูมิ 800–900 °C ซึ่งส่งผลให้เกิดการสะสม PSG บนพื้นผิว Si wafer ขั้นตอนนี้เรียกว่าเป็นการสะสมล่วงหน้า โดยที่ PSG [28] ทำหน้าที่เป็นแหล่งเจือของฟอสฟอรัส (P) เพื่อกระจายเข้าไปในแผ่นเวเฟอร์ศรี ขั้นตอนต่อไปคือการขับเข้า โดยที่การจ่ายก๊าซเจือปนถูกตัดการเชื่อมต่อและ P จากชั้น PSG จะกระจายไปยัง Si wafer ต่อไป ฮันเนส เอตัล. [29] แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของกระบวนการที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ จะต้องพิจารณาผลกระทบที่แตกต่างกันสามประการ ประการแรก การแพร่กระจายของ P จาก PSG และการมีอยู่ของมันในสถานะที่ทำงานด้วยไฟฟ้าและไม่ได้ใช้งานใน Si wafer ซึ่งเพิ่มการรวมตัวของ Shockley-Read-Hall (SRH) ประการที่สอง การดึงสิ่งเจือปนเข้าสู่ชั้น Si ไปสู่ชั้น PSG ในที่สุด การก่อตัวของหน้าสัมผัสโลหะด้วยตัวปล่อย Si ที่เจือด้วย P จะดึงพลังงานที่สร้างขึ้นออกมา
กระบวนการแพร่จะถูกวัดปริมาณโดยความต้านทานของแผ่นซึ่งขึ้นอยู่กับความลึกของจุดเชื่อมต่อ pn และโปรไฟล์ความเข้มข้นของ P ความต้านทานแผ่นมีหน่วยของ Ω/cm (วัดโดยทั่วไปเป็น Ω/□) และวัดโดยใช้ระบบหัววัดสี่จุด คำจำกัดความของความต้านทานแผ่นแสดงไว้ในสมการ (1).
โดยที่R=ความต้านทานของส่วนสี่เหลี่ยม (Ω);ρ=ความต้านทาน (Ω cm);l=ความยาวของส่วนสี่เหลี่ยม (ซม.);A=พื้นที่ของส่วนสี่เหลี่ยม (ซม.2) W=ความกว้างของส่วนสี่เหลี่ยม (ซม.) );D=ความลึกของส่วนสี่เหลี่ยม (ซม.) และρsheet=ความต้านทานสำหรับความลึกที่กำหนด (D) เมื่อ l=W (Ω/□)
ค่าความต้านทานของแผ่นอิมิตเตอร์ก่อนหน้านี้คือ 30-60Ω/□ โดยมีจุดเชื่อมต่อ pn ที่ความลึก>400 นาโนเมตรและความเข้มข้นของพื้นผิว P สูง ด้วยการปรับปรุงหน้าสัมผัสสีเงิน (Ag) ด้านหน้า ความต้านทานของแผ่นอิมิตเตอร์ขณะนี้อยู่ในช่วง 90–110Ω/□ โดยมีความลึกจุดเชื่อมต่อประมาณ 300 นาโนเมตรและความเข้มข้นของพื้นผิว P ต่ำกว่า การเปลี่ยนไปใช้ความทนทานต่อแผ่นที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้จับแสงได้มากขึ้นในสเปกตรัม UV และสีน้ำเงิน ในขณะที่ยังลดการรวมตัวกันของพื้นผิวเพื่อปรับปรุง Voc ควรสังเกตว่ากระบวนการแพร่เกิดขึ้นบน FS (สัมผัสกับก๊าซโดยตรง) และบนขอบและ RS ด้วย หากกระบวนการแยกขอบไม่ได้ดำเนินการ (ตามที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 4.3) ตัวปล่อยจะถูกลัดวงจรด้วยวัสดุพิมพ์
รูปที่ 12 แสดงกระบวนการ POCl3diffusion ในระบบหลอดควอทซ์แบบปิด POCl3 เป็นแหล่งของเหลวที่จ่ายให้กับหลอดกระบวนการโดยการทำให้เดือดด้วยก๊าซพาหะ N2 โดยการผสม
รูปที่ 12. (a) การแสดงแผนผังของกระบวนการแพร่แบบแบทช์และ (b) รูปภาพตัวแทนของอุปกรณ์แพร่แบบแบทช์ ที่มา: centrotherm GmbH
ที่ผิวศรี
คลอรีนซึ่งเป็นผลพลอยได้ในระหว่างการสะสมล่วงหน้าจะทำความสะอาดแผ่นเวเฟอร์และหลอดควอทซ์โดยสร้างสารเชิงซ้อนด้วยโลหะ PSG ใช้เป็นแหล่งขับเคลื่อนอะตอม P สู่ผิวศรี ในระหว่างกระบวนการขับเคลื่อนเข้า POCl3is จะปิดและมีเพียง O2 เท่านั้นที่เติมเพื่อสร้างชั้นออกไซด์บาง ๆ ใต้ PSG เพื่อเพิ่มการแพร่กระจายของอะตอม P ไปยังพื้นผิว Si
ภายในท่อกระจายความร้อนมีห้าโซนความร้อนดังแสดงในรูปที่ 13 โซนคือ:
โซนโหลด (LZ)—พื้นที่ที่บรรจุเวเฟอร์ลงในหลอด
โซนโหลดตรงกลาง (CLZ)—พื้นที่ระหว่างโซนโหลดและโซนตรงกลาง
โซนกลาง (CZ)—พื้นที่กึ่งกลางของท่อ
โซนก๊าซกลาง (CGZ)—พื้นที่ระหว่างโซนกลางและโซนก๊าซ
Gas zone (GZ)—พื้นที่ที่ก๊าซเคลื่อนออกทางไอเสีย
รูปที่ 13.โซนความร้อนภายในท่อแพร่
โดยปกติ อุณหภูมิของแต่ละโซนความร้อนจะถูกปรับเพื่อให้ได้ความต้านทานแผ่นอิมิตเตอร์เท่ากันสำหรับเวเฟอร์ทั้งหมดทั่วทั้งเรือ
สภาพแวดล้อมของกระบวนการแพร่ควรสะอาดมากและด้วยเหตุนี้จึงใช้วัสดุควอตซ์สำหรับหลอด ความสะอาดของท่อและการบำรุงรักษาพื้นที่โหลดก็ส่งผลต่อผลลัพธ์ของกระบวนการเช่นกัน เนื่องจากไม่มีสารตกค้างในท่อในการแพร่กระจายของเฟสแก๊สจึงส่งผลให้มีกระบวนการที่สะอาดขึ้น โดยการโหลดครึ่งพิทช์ในสภาวะแรงดันต่ำ (LP) [31] สามารถเพิ่มปริมาณงานได้ โดยทั่วไปแล้ว 1,000 เวเฟอร์จะถูกบรรจุในหลอดเดียวและด้วยหลอดกระจายห้าหลอดในระบบการแพร่แบบแบทช์ สามารถผลิตปริมาณงานสูงถึง 3,800 เวเฟอร์ต่อชั่วโมงสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์
ระบบการแพร่แบบอินไลน์ที่เวเฟอร์ถูกขนส่งบนสายพานที่มีกรดฟอสฟอริกเป็นแหล่งกำเนิดของสารเจือ P ก็ถูกนำมาใช้ในการผลิตเชิงพาณิชย์เช่นกัน [32] อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับกระบวนการอินไลน์ กระบวนการแบทช์นั้นสะอาด มีประสิทธิภาพ และมีประสิทธิภาพมากกว่า สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด n หรือแนวคิดเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง เช่น PERT การแพร่แบบแบทช์แบบ p จะขึ้นอยู่กับแหล่งสารเจือปนโบรอน (B) เช่น โบรอนไตรโบรไมด์ (BBr3) [33,34]
5.2 การเคลือบป้องกันแสงสะท้อน (ARC)
พื้นผิว Si เปลือยสะท้อน>30% ของแสงตกกระทบ ตามที่กล่าวไว้ในหัวข้อที่ 4 กระบวนการกำหนดพื้นผิวช่วยปรับปรุงการรับแสง ขอแนะนำให้ลดการสะท้อนแสงเพิ่มเติมซึ่งได้มาจากการวางชั้น ARC TiOx เป็นหนึ่งในวัสดุแรกสุดที่ใช้เป็นชั้น ARC สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่สามารถให้ฟิล์มที่พื้นผิวเพียงพอ จึงถูกแทนที่ด้วย SiNx:H [37] ซิลิกอนออกไซด์ที่ปลูกด้วยความร้อน (SiO2) ยังถูกใช้เป็นวัสดุทู่ในเซลล์ที่แพร่กระจายเฉพาะที่ (PERL) แบบพาสซีฟที่ทำลายสถิติ งบประมาณด้านความร้อนสูงและระยะเวลาดำเนินการนานทำให้ทู่แบบ SiO2 ไม่เหมาะสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ในปริมาณมาก [37] การทบทวนอย่างครอบคลุมของ ARC และวัสดุ passivating ต่างๆ สำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์จะกล่าวถึงใน [37]
กระบวนการเพิ่มความเข้มข้นของไอเคมีในพลาสมา (PECVD) เหมาะสำหรับการฝากชั้น ARC ของ SiNx:H ซึ่งไม่เพียงแต่ลดการสะท้อน แต่ยังส่งผ่านตัวปล่อยชนิด n ด้านหน้าและปริมาณจำนวนมาก ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ [36, 37]. แผนผังของระบบ PECVD แบบแบทช์แสดงในรูปที่ 14 แผ่นเวเฟอร์ถูกบรรจุในเรือกราไฟต์โดยให้ด้านหน้าหันเข้าหากัน พลาสมา RF ที่อิงตามกระบวนการของก๊าซแอมโมเนีย (NH3) และไซเลน (SiH4) ที่ทำงานที่อุณหภูมิ 400–450 °C จะฝากชั้น SiNx:H ที่เติมไฮโดรเจนตามสมการ (4)[35]. ไฮโดรเจนที่รวมอยู่ในฟิล์ม SiNx:H จะกระจายเข้าสู่ปริมาณมากในระหว่างขั้นตอนการเผา (จะกล่าวถึงในหัวข้อถัดไป) และทำให้พันธะห้อยต่องแต่งอยู่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ [36,37]
รูปที่ 14.(a) แผนผังของกระบวนการ PECVD แบบแบทช์สำหรับการสะสม SiNx:H และ (b) เรือกราไฟท์สำหรับการโหลด Si wafers ในเตา PECVD
ดัชนีการหักเหของแสง (RI) ของฟิล์ม SiNx:H ถูกควบคุมโดยอัตราส่วนของก๊าซ SiH4/NH3 ในขณะที่ความหนาขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการสะสม ARC แบบ SiNx:H สามารถลดแสงสะท้อนสำหรับความยาวคลื่นเดียวและความหนาความยาวคลื่นกำหนดโดย [38]
โดยที่=ความหนาของชั้น SiNx:H ARC,λ0=ความยาวคลื่นของแสงที่เข้ามา และn1=ดัชนีการหักเหของแสงของชั้น SiNx:H
ตามความสัมพันธ์ ARC เรียกอีกอย่างว่า 'ARC ความยาวคลื่นหนึ่งในสี่' สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ RI และความหนาจะถูกเลือกเพื่อลดการสะท้อนที่ความยาวคลื่น 600 นาโนเมตร เนื่องจากเป็นช่วงพีคของสเปกตรัมสุริยะ ความหนาและ RI ของ ARC ถูกเลือกให้เป็นค่าเฉลี่ยเรขาคณิตของวัสดุทั้งสองด้าน เช่น แก้ว/อากาศ และ Si ความหนาโดยทั่วไปของ SiNx:H ARC คือ 80–85 นาโนเมตร โดยมี RI 2.0–2.1 ทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีฟ้าถึงน้ำเงินม่วง รูปภาพที่เป็นตัวแทนของเซลล์สุริยะหลายผลึกที่มีพื้นผิวที่สะสมด้วย SiNx:H จะแสดงในรูปที่ 15(a) ในขณะที่ความแปรผันของสี SiNx:H ตามความหนาจะแสดงในรูปที่ 15(b) สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่ามีการพึ่งพาพื้นผิวและสี ARC สำหรับพารามิเตอร์การสะสมที่กำหนด แผงโซลาร์เซลล์มีหลากหลายแบบซึ่งสีของเซลล์แสงอาทิตย์จะเข้มกว่าสีน้ำเงินทั่วไป ขั้นตอนการสะสม ARC ทั่วไปในสายการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยระบบ PECVD สองระบบ แต่ละระบบมีสี่หลอดและปริมาณงานสูงถึง 3,500 เวเฟอร์ต่อชั่วโมง
รูปที่ 15.(a) ภาพแทนของเซลล์แสงอาทิตย์หลายผลึกเคลือบ SiNx:H (b) ความแปรผันของชั้น SiNx:H ตามความหนา
SiNx:H ไม่เหมาะสำหรับการ passivating p-type Si และด้วยเหตุนี้ไดอิเล็กทริกเช่น Al2O3 จึงใช้สำหรับ RS passivation สำหรับสถาปัตยกรรมเซลล์ เช่น เซลล์ PERC [8] หรือสำหรับอิมิตเตอร์ชนิด p ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด n สำหรับเซลล์สุริยะ PERC ชั้น Al2O3passivating นั้นปิดด้วย SiNx:H เพื่อป้องกัน Al-paste ระหว่างกระบวนการยิงและยังทำหน้าที่เป็นตัวสะท้อนแสงภายในสำหรับแสงที่มีความยาวคลื่นยาว ระบบที่ใช้ PECVD เชิงพาณิชย์และการสะสมชั้นอะตอม (ALD) พร้อมใช้งานสำหรับการฝาก Al2O3 ด้วยปริมาณงานสูงสุด 4,800 เวเฟอร์/ชม. [39]
6. การทำให้เป็นโลหะและการกำหนดลักษณะเซลล์แสงอาทิตย์
6.1 การเคลือบด้วยการพิมพ์สกรีน Screen
ขั้นตอนการประมวลผลสุดท้ายสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์คือ FS และ RS metallization เพื่อดึงพลังงานออกมาโดยมีการสูญเสียความต้านทานน้อยที่สุด Ag เป็นวัสดุสัมผัสที่ดีสำหรับอิมิตเตอร์ชนิด n ในขณะที่ Al ให้การสัมผัสที่ดีมากกับซับสเตรตชนิด p การใช้ Ag/Al paste ร่วมกันในการพิมพ์แพดบน RS เพื่ออำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อโซลาร์เซลล์ในโมดูล การพิมพ์สกรีนเป็นกระบวนการที่ง่าย รวดเร็วและมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องสำหรับการเคลือบโลหะด้วยเซลล์แสงอาทิตย์
แผนผังแสดงกระบวนการพิมพ์สกรีนในรูปที่ 16 หน้าจอมีตาข่ายสแตนเลสเคลือบอิมัลชันพร้อมช่องเปิดตามรูปแบบการทำให้เป็นโลหะที่ต้องการดังแสดงในภาพที่ 17(a) แผ่นโลหะจะกระจายไปทั่วหน้าจอผ่านทางน้ำท่วมและการเคลื่อนที่ของไม้กวาดหุ้มยางที่วางวางบนเซลล์แสงอาทิตย์ตามรูปแบบหน้าจอ Snap-off คือระยะห่างระหว่างหน้าจอและโซลาร์เซลล์ แรงดันปาดน้ำและระยะสแน็ปอินเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่กำหนดการวางการวางและรูปทรงของนิ้ว Ag FS
รูปที่ 16ภาพประกอบของกระบวนการพิมพ์หน้าจอสำหรับการทำให้เป็นโลหะของเซลล์แสงอาทิตย์
รูปที่ 17. (a) หน้าจอเมช-อิมัลชันพร้อมช่องเปิดนิ้วสำหรับการพิมพ์ FS Ag [40] และ (b) รูปแบบการเคลือบโลหะ FS ที่เป็นตัวแทน
การวางแบบทั่วไปสำหรับแผ่นรอง Ag/Al RS, RS Al และ FS Ag คือ 35–45 มก., 1.1–1.4 ก. และ 100–120 มก. ตามลำดับสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายคริสตัลไลน์ Al-BSF ขนาด 6 นิ้ว รูปแบบการทำให้เป็นโลหะของ Ag FS ที่แสดงตัวอย่างแสดงไว้ในรูปที่ 17(b) การเปิดนิ้ว Ag ลดลงเหลือต่ำกว่า30μmในขณะที่การประยุกต์ใช้บัสบาร์ 5 อันกำลังถูกนำมาใช้มากขึ้นในขณะนี้ ด้วยพารามิเตอร์หน้าจอดังกล่าวและการวางการวางที่ดี FF ที่สม่ำเสมอของ>80% ควรได้รับสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF ที่มีการสูญเสียแสงเงา<>
6.2 การทำให้แห้งและการเผาอย่างรวดเร็วของเพสต์เมทัลไลเซชัน
เพสต์เมทัลไลเซชันประกอบด้วยผงโลหะ ตัวทำละลาย และสารยึดเกาะอินทรีย์ ในกรณีของการวาง FS Ag การวางยังมีแก้วฟริตในขณะที่แกะสลักเลเยอร์ SiNx:H และติดต่อกับอีซีแอลชนิด n [41] เพสต์โลหะจะแห้งหลังจากพิมพ์ และสุดท้ายจะถูกส่งผ่านเตาเผาแบบยิงเร็วสำหรับการเผาผนึกและสร้างหน้าสัมผัส RS Al-BSF และ FS Ag ตัวอย่างของเตาเผาแบบเร็วที่มีโปรไฟล์อุณหภูมิแสดงอยู่ในรูปที่ 18 กระบวนการเผาผนึกด้วยนิ้วมือของ FS Ag แสดงในภาพที่ 19 เมื่อเซลล์แสงอาทิตย์ผ่านเตาเผาแบบยิงเร็ว สารยึดเกาะอินทรีย์จะถูกเผาตามด้วยการหลอมเหลว ของแก้วฟริตและสุดท้ายการก่อตัวของผลึก Ag ที่สัมผัสกับตัวปล่อยชนิด n โปรไฟล์การเผาต้องได้รับการปรับตามประเภทเฉพาะของเพสต์เมทัลไลเซชันและโพรไฟล์การแพร่ของอีซีแอล ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิสูงสุดในการเผาอาจต่ำถึงไม่ก่อให้เกิดการสัมผัสกันของโอห์มมิกที่ดีบน FS ในขณะที่อุณหภูมิที่สูงเกินไปอาจนำไปสู่การแพร่ของ Ag ผ่านทางแยกและการแบ่งแยก pn รูปภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ Al-BSF แบบหลายผลึกที่สมบูรณ์แสดงไว้ในรูปที่ 20
รูปที่ 18. (a) ตัวอย่างเตาหลอมสำหรับการเผาผนึกหน้าสัมผัสโลหะและ (b) ข้อมูลอุณหภูมิที่แสดงตัวอย่างของเตาหลอม ที่มา: centrotherm GmbH
รูปที่ 19.ภาพประกอบของกระบวนการยิง (a) การเผาไหม้จากสารยึดเกาะอินทรีย์ (b) การหลอมของแก้วฟริตซึ่งกัดเซาะ SiNx:H และ (c) การก่อผลึก Ag ที่ส่วนต่อประสานของตัวปล่อย
รูปที่ 20.(a) FS ของเซลล์แสงอาทิตย์แบบสมบูรณ์และ (b) RS ของเซลล์แสงอาทิตย์แบบสมบูรณ์
6.3 การเคลือบโลหะด้านหน้าแบบชุบ
ต้นทุนของปัจจัยต่าง ๆ ในการประมวลผลเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ในขณะที่การมีส่วนร่วมของ front Ag ยังคงสำคัญที่สุด [42] มีการทำงานจำนวนมากเพื่อแทนที่ Ag ด้วยโลหะทางเลือก เช่น ทองแดง (Cu) ซึ่งมีค่าการนำไฟฟ้าใกล้เคียงกับ Ag มากและมีความได้เปรียบด้านต้นทุนที่สำคัญ [43,44] Cu มีการแพร่และการละลายสูงใน Si และด้วยเหตุนี้จึงมีชั้นกั้นเช่นนิกเกิล (Ni) วางบน Si ก่อนการชุบ Cu [42] การชุบแบบเหนี่ยวนำด้วยแสง (LIP) ซึ่งได้มาจากการชุบแบบธรรมดาใช้เอฟเฟกต์โฟโตโวลตาอิกของแสงในการชุบโลหะที่ต้องการและมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับการชุบแบบเดิม
การชุบโลหะด้านหน้าแบบ Ni-Cu ต้องใช้ขั้นตอนการทำลวดลาย ARC ด้านหน้าเพิ่มเติม ซึ่งแตกต่างจากการชุบโลหะแบบ Ag paste และในกรณีส่วนใหญ่จะมีขั้นตอนการเผาผนึก Ni เพิ่มเติมเพื่อลดความต้านทานการสัมผัสและการยึดเกาะที่ดีของกองโลหะ [42 ]. เซลล์แสงอาทิตย์ DWS แบบตัด mc-Si เชิงพาณิชย์โดยใช้สแต็คชุบ Ni-Cu-Ag นั้นแสดงให้เห็นด้วยความกว้างนิ้ว 22 ไมโครเมตร อัตราส่วนกว้างยาวเกือบ 0.5 และประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกันกับเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Ag ที่พิมพ์ด้วยหน้าจออ้างอิง [45] ].
การปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในการวาง Ag FS ควบคู่ไปกับความเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือ และปริมาณงานสูงของกระบวนการพิมพ์หน้าจอทำให้การชุบโลหะที่ใช้ Ni-Cu แข่งขันกับการเคลือบโลหะ FS แบบ Ag ได้ยาก อย่างไรก็ตาม แนวคิดเกี่ยวกับประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ในระดับสูง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบ heterojunction แบบสองหน้า โดยที่ Cu สามารถชุบโดยตรงบนออกไซด์ที่นำไฟฟ้าที่โปร่งใส กระบวนการชุบจะง่ายขึ้นและต้องใช้เครื่องมือเพียงชิ้นเดียว [39] ในทำนองเดียวกัน แนวคิดที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งต้องการปริมาณโลหะที่ลดลงก็สามารถบรรลุผลเช่นเดียวกันได้โดยใช้การทำให้เป็นโลหะที่มีการชุบ [42,46]
6.4 การทดสอบ IV และการกำหนดลักษณะเฉพาะของเซลล์แสงอาทิตย์
ขั้นตอนสุดท้ายคือการทดสอบ IV ของเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งหมดตามเงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (STC) เช่น AM 1.5G, 1000W/m2 ด้วยเครื่องจำลองแสงอาทิตย์ Class AAA ตัวอย่างของการวัดค่า FS ของเซลล์แสงอาทิตย์แสดงในภาพที่ 21 พารามิเตอร์ทั่วไปที่ได้รับจากเครื่องทดสอบ IV ระบุไว้ในตารางที่ 3 เครื่องทดสอบ IV มีพารามิเตอร์การกำหนดลักษณะเฉพาะจำนวนมาก ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการวินิจฉัยข้อบกพร่องของเซลล์แสงอาทิตย์ การเรืองแสงที่เป็นตัวแทน (EL) และภาพ IR ความร้อนของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีข้อบกพร่องบางอย่างแสดงไว้ในรูปที่ 22(a)–(c) ภาพ EL ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดีที่มีความเข้มสม่ำเสมอจะแสดงในรูปที่ 22 (a) ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์ที่นิ้ว FS ไม่ได้พิมพ์ออกมาสม่ำเสมอ จะมองเห็นคอนทราสต์ที่เข้มกว่าในรูปที่ 22(b) รูปที่ 22(c ) แสดงภาพ IR ความร้อนของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีการแบ่งเฉพาะซึ่งเกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนการประมวลผลขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่ง ในท้ายที่สุด เซลล์แสงอาทิตย์จะถูกจัดเรียงในถังเก็บประสิทธิภาพต่างๆ
รูปที่ 21.IV การวัด FS โพรบสำหรับการกำหนดลักษณะเซลล์แสงอาทิตย์
พารามิเตอร์
ความคิดเห็น
Vออก(V) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า>0.635V |
Isc(A) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า>9.0 A |
เอฟเอฟ (%) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า>80% |
ประสิทธิภาพ (%) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า>18.6% |
Vmpp(V) | แรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันที่จุดกำลังสูงสุด |
Impp(A) | กระแสตรงที่จุดกำลังสูงสุด |
Rs(Ω) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า<1.5> |
Rsh(Ω) | เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด mc-Si Al-BSF ที่ดีมีค่า>100Ω |
Irev(A) | กระแสไฟย้อนกลับที่แรงดันไฟฟ้า -12V ควรเป็น<0.5 a=""> |
ความต้านทาน FS BB-BB (Ω) | ความต้านทานที่วัดระหว่าง BB บน FS |
ความต้านทาน RS BB-BB (Ω) | ความต้านทานที่วัดระหว่าง BB's บน RS |
ตารางที่ 3 พารามิเตอร์สำหรับการกำหนดลักษณะของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ได้จากการวัด IV
รูปที่ 22.(a) ภาพ EL ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดี (b) ภาพ EL ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความไม่สม่ำเสมอในการพิมพ์ลายนิ้วมือ Ag และ (c) ภาพอินฟราเรดความร้อนของเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการแบ่งแยกเฉพาะที่
7. แนวโน้มในอนาคต
DWS ได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับเวเฟอร์โมโนคริสตัลไลน์ ในขณะที่คาดว่าจะมีส่วนแบ่งการตลาดของ>80% ภายในปี 2022 สำหรับเวเฟอร์หลายผลึก [2] คาดว่า SWS สำหรับเวเฟอร์หลายผลึกจะค่อยๆ เลิกใช้ไปเมื่อถึงเวลานั้น ด้วย DWS การสูญเสีย kerf จะกลายเป็น<80μm ภายในปี="" 2022="" ซึ่งจะช่วยลดการใช้="" poly-si="" ต่อเวเฟอร์ต่ำกว่า="" 15g="" การออกแบบ="" 3bb="" สำหรับการติดต่อด้านหน้าคาดว่าจะยุติลงในปี="" 2020="" โดยมีส่วนแบ่ง="" 50%="" สำหรับการออกแบบ="" 5bb="" ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในแป้งเพสต์และหน้าจอแบบ="" ag="" ความกว้างของนิ้ว="" fs="" คาดว่าจะลดลงเป็น30μmภายในปี="" 2565="" เครื่องมือแปรรูปเคมีเปียกได้ผ่านปริมาณงาน="" 8,000="" แผ่นต่อชั่วโมงในปี="" 2561="" และจะแตะ="" 9,000="" แผ่นต่อชั่วโมงภายในปี="" 2563="" มีปริมาณงานถึง="" 5,000="" แผ่นต่อชั่วโมงในปี="" 2561="" และคาดว่าจะเกิน="" 7,000="" แผ่นต่อชั่วโมงภายในปี="" 2563="" ส่วนการทดสอบ/คัดแยกโลหะและ="" iv="" คาดว่าจะมีปริมาณงานเท่ากับ=""> 7,000 แผ่นต่อชั่วโมงภายในปี 2565
เทคโนโลยีเซลล์จาก Al-BSF ซึ่งมีส่วนแบ่งการตลาดของ>60% ในปี 2018 คาดว่าจะลดลงเหลือ<20% ภายในปี="" 2025="" โดยเน้นที่แนวคิดเกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงมากขึ้น="" ส่วนแบ่งของ="" perc="" เทคโนโลยีคาดว่าจะเป็น="">50% ภายในปี 2022 ประสิทธิภาพการผลิต Mono PERC คาดว่าจะเป็น>22% ภายในปี 2022 ในขณะที่ PERC หลายรายการควรแตะ 21% ในเวลาเดียวกัน ประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับ multi-PERC คือการบรรเทาปัญหาตาม LeTID เพื่อลดการสูญเสียประสิทธิภาพหลังจากติดตั้งโมดูลในภาคสนาม เซลล์ Si HJ ที่มีประสิทธิภาพ>22% ในปี 2018 หลังจากที่คาดว่าจะบรรลุประสิทธิภาพที่เสถียรที่ 23% ภายในปี 2020 โดยมีส่วนแบ่งการตลาดประมาณ 10% ภายในปี 2022 เซลล์แบบสองหน้าที่มีประสิทธิภาพสูงพร้อมข้อได้เปรียบเพิ่มเติมจากการแตะเซลล์แสงอาทิตย์ รังสีจากด้านหลังคาดว่าจะมีส่วนแบ่งการตลาด 20% ภายในปี 2565 เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด N-type back contact คาดว่าจะมีประสิทธิภาพ 24% ภายในปี 2563
8. บทสรุป
เซลล์แสงอาทิตย์ Si ได้กลายเป็นส่วนสำคัญของโดเมนพลังงานหมุนเวียนในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่ครบถ้วน เวเฟอร์หลายผลึกชนิด P ได้กลายเป็นแกนหลักสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและต้นทุนการผลิตที่ลดลง เซลล์แสงอาทิตย์แบบโมโนคริสตัลไลน์ก็มีส่วนแบ่งที่สำคัญเช่นกัน และคาดว่าจะสามารถแข่งขันอย่างใกล้ชิดกับเวเฟอร์แบบหลายผลึกได้ในอนาคตอันใกล้ สำหรับเทคโนโลยี Al-BSF มาตรฐาน 19 และ 20% ได้กลายเป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายผลึกและโมโนคริสตัลไลน์ตามลำดับ เซลล์ Mono-PERC และ multi-PERC มีประสิทธิภาพที่เสถียรที่ 21.5 และ 20% ตามลำดับ นอกจากนี้ PERC ยังให้แนวทางที่ง่ายกว่าสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบสองหน้า โดยมีรูปแบบกริดบน RS แทนการสัมผัสแบบเต็มพื้นที่ เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด n และ bifacial ที่มีประสิทธิภาพสูงมีส่วนแบ่งการตลาดของ<10% ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มขึ้นในอนาคต="" เทคโนโลยีการผลิตเติบโตขึ้นอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา="">
รับทราบ
ผู้เขียนขอขอบคุณเพื่อนร่วมงานจาก RCT Solutions GmbH ซึ่งได้นำเนื้อหาบางส่วนสำหรับบทนี้ไปใช้ Mehul C.Raval ขอขอบคุณเพื่อนร่วมงาน Jim Zhou สำหรับการสนทนาเกี่ยวกับพื้นผิวซิลิกอนสีดำ
