كيفية تصنيع الخلايا الشمسية

الخلايا الشمسية:

تتضمن عملية إنتاج الخلايا الشمسيةالكوارتز الخام، بدء من استعادة السيليكون وتنقيته متبوعاً بتقطيعه إلى أقراص قابلة للاستخدام مثل رقائق السيليكون، التي تتم معالجتها بشكل أكبر في خلايا شمسية جاهزة للتجميع، يتحكم عدد قليل فقط من الشركات المصنعة في سلسلة القيمة بأكملها من الكوارتز إلى الخلايا الشمسية.

في حين أن معظم شركات وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ليست أكثر من مجمعات لخلايا شمسية جاهزة تم شراؤها من موردين مختلفين، إلا أن بعض المصانع لديها على الأقل خط إنتاج الخلايا الشمسية الخاصة بها، حيث تتم معالجة وتنقية المواد الخام في شكل رقائق السيليكون.

كيفية تصنيع خلايا شمسية:

في الصناعة الكهروضوئية عادة ما تتضمن سلسلة الإنتاج من الكوارتز إلى الخلايا الشمسية 3 أنواع رئيسية من الشركات التي تركز على جميع أجزاء سلسلة القيمة أو أجزاء منها فقط؛ أولاً منتجي الخلايا الشمسية من الكوارتز وهي شركات تتحكم في سلسلة القيمة بأكملها.

ثانياً منتجو رقاقات السيليكون من الكوارتز؛ الشركات التي تتقن سلسلة الإنتاج حتى تقطيع رقائق السيليكون، ثم تبيع هذه الرقائق إلى المصانع بمعدات إنتاج الخلايا الشمسية الخاصة بها، ثالثاً منتجي الخلايا الشمسية من رقائق السيليكون، والتي تشير بشكل أساسي إلى الكمية المحدودة من مصنعي وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية مع معدات إنتاج الرقاقة إلى الخلية الخاصة بهم؛ للتحكُّم في جودة وسعر الخلايا الشمسية.

قبل صنع رقاقة السيليكون هناك حاجة إلى السيليكون النقي الذي يحتاج إلى استعادته من خلال تقليل وتنقية ثاني أكسيد السيليكون غير النقي في الكوارتز، وفي هذه الخطوة الأولى يتم وضع الكوارتز المسحوق في فرن خاص، ثم يتم تطبيق قطب كربون لتوليد قوس كهربائي بدرجة حرارة عالية بين القطب وثاني أكسيد السيليكون، هذه العملية التي تسمى لحام القوس الكربوني تقلل الأكسجين من ثاني أكسيد السيليكون، وتنتج ثاني أكسيد الكربون في القطب الكهربائي والسيليكون المصهور.

توجد بذور السيليكون البلورية في ما يسمى بعملية (Czochralski (CZ))، التي يتم وضعها في ذوبان السيليكون متعدد الكريستالات لجهاز نمو (Czochralski)، عن طريق استخراج البذور من المصهور باستخدام المجتذب، فإنّها تدور وتشكل سبيكة سيليكون أسطوانية نقية، يتم إخراجها من المصهور والتي تستخدم في صنع خلايا السيليكون أحادية البلورة.

معالجة رقاقات السيليكون إلى خلايا شمسية:

يتكون تدفق العملية القياسي لإنتاج الخلايا الشمسية من رقائق السيليكون من العديد من الخطوات تبدأ من الفحص إلى الخلية الشمسية واختبارها.

الفحص المسبق والمعالجة المسبقة:

تخضع أقراص السيليكون لمرحلة ما قبل الاختيار، حيث يتم تفتيشها على شكل هندسي، بعد هذا الفحص المسبق يتم تقسيم الرقاقات وتنظيفها بالصابون الصناعي لإزالة أي بقايا معدنية أو سوائل أو بقايا إنتاج أخرى من السطح، والتي من شأنها أن تؤثر على كفاءة تلك الرقاقة.

التركيب:

بعد الفحص المسبق الأولي، تم تزيين السطح الأمامي لرقائق السيليكون لتقليل فقد انعكاس الضوء الساقط، وبالنسبة لرقائق السيليكون أحادية البلورية، فإنّ التقنية الأكثر شيوعاً هي التركيب الهرمي العشوائي، الذي يتضمن تغطية السطح بهياكل هرمية متجهة لأعلى.

يتم تحقيق ذلك عن طريق الحفر بالإشارة إلى الأعلى من السطح الأمامي، كما أن المحاذاة الصحيحة للأهرامات المحفورة هي نتيجة للتركيب الذري المنتظم والأنيق للسيليكون أحادي البلوري، حيث يفيد التركيب الذري المنتظم والأنيق للسيليكون أحادي البلوري أيضاً في تدفق الإلكترونات عبر الخلية، كما هو الحال مع تدفق الإلكترونات الأقل حدود بشكل أفضل.

لذلك يتمتع السيليكون أحادي البلوري بميزة هيكلية كهروكيميائية، توفر مزيداً من الكفاءة على الهياكل الذرية الحبيبية للسيليكون متعدد البلورات، والآن ومع وجود مثل هذا الهيكل الهرمي في مكانه، فقد لا ينعكس الضوء الساقط للخلف ويضيع في الهواء المحيط، ولكنه يرتد مرة أخرى على السطح.

الحفر وعزل الحواف:

أثناء الانتشار لا ينتشر الفوسفور فقط في سطح الرقاقة المرغوبة، لكن أيضاً حول حواف الرقاقة وكذلك على الجانب الخلفي، مما يخلق مسار كهربائي بين الجانب الأمامي والخلفي وبهذه الطريقة أيضاً يمنع العزل الكهربائي بين الجانبين.

إن الهدف من عملية الحفر وعزل الحواف هو إزالة هذا المسار الكهربائي حول حافة الرقاقة، وبواسطة قرص مكدس الخلايا فوق بعضها البعض ثم تعريضها إلى غرفة النقش بالبلازما، باستخدام رباعي فلورو الميثان (CF 4 ) لحفر الحواف المكشوفة.

الاتصال بالطباعة والتجفيف:

كخطوة تالية تتم طباعة الأسطر المعدنية على الرقاقة بهدف إنشاء جهات اتصال أوم، كما تتم طباعة هذه الأسطر المعدنية على الجانب الخلفي من الرقاقة، وهو ما يسمى الطباعة الخلفية، حيث يتم تحقيق ذلك من خلال طباعة المعاجين المعدنية بأجهزة طباعة حريرية خاصة، تضع هذه المعادن المضمنة على الجانب الخلفي.

بعد الطباعة تخضع الرقاقة لعملية تجفيف، وبمجرد أن تجف تتبع هذه العملية طباعة جهات الاتصال الجانبية الأمامية، ثم تجف الرقاقة مرة أخرى، بعد طباعة جميع الملامسات على الجانبين الخلفي والأمامي، كما يتم تمرير الرقائق المطبوعة عبر فرن التلبيد لتصلب المعاجين المعدنية الجافة على الرقائق، بعد ذلك يتم تبريد الرقائق ويمكن بالفعل تسميتها بالخلايا الشمسية.