ما هي عملية إنتاج سبائك السيليكون للخلايا الشمسية متعددة البلورات؟

الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات هي أكثر أنواع التكنولوجيا الكهروضوئية استخدامًا في الوقت الحاضر. مادتها الأساسية هي السيليكون متعدد البلورات، وتعد عملية إنتاج السيليكون متعدد البلورات حلقة مهمة في سلسلة تصنيع البطاريات بأكملها. فيما يلي سوف نقدم عملية إنتاج سبائك السيليكون متعدد البلورات بالتفصيل، بما في ذلك الخطوات الرئيسية مثل اختيار المواد الخام، والصهر، والتبريد، وتكوين البلورات.

1. اختيار المواد الخام
الخطوة الأولى في إنتاج سبائك السيليكون متعدد البلورات هي اختيار مواد خام السيليكون عالية النقاء. عادة، تتم تنقية السيليكون الصناعي (Si) لإزالة الشوائب لتحقيق نقاء قدره 99.9999% (ست تسعات). ومن أجل الحصول على مثل هذا النقاء العالي، عادة ما تكون هناك حاجة إلى تقنيات تنقية متقدمة مثل ترسيب البخار الكيميائي (CVD). يعد اختيار المواد الخام السيليكونية عالية النقاء هو الأساس لضمان أداء خلايا السيليكون متعددة البلورات اللاحقة، لأن الشوائب ستؤثر على كفاءة التحويل الكهروضوئي وعمر الخدمة للخلية.

2. عملية الذوبان
بعد الحصول على مواد خام السيليكون عالية النقاء، فإن الخطوة التالية هي الذوبان. يتم إجراء الصهر عادة في فرن عالي الحرارة تصل درجة حرارته إلى 1400 درجة مئوية. تتطلب هذه العملية استهلاكًا عاليًا للطاقة، لذا يعد اختيار فرن كهربائي فعال أمرًا أساسيًا. أثناء عملية الذوبان، ينكسر التركيب البلوري للسيليكون ويتحول إلى السيليكون السائل. يجب أن تضمن عملية الذوبان درجة حرارة موحدة لمنع الفقاعات أو العيوب الأخرى.

3. التبريد والتصلب
يحتاج السيليكون السائل المنصهر إلى التبريد تدريجيًا حتى يتمكن من إعادة بلورته ليشكل السيليكون متعدد البلورات. تعد سرعة ودرجة حرارة التبريد أمرًا بالغ الأهمية لأنها تؤثر على البنية البلورية وجودة سبيكة السيليكون النهائية. أثناء عملية التبريد، سيبدأ السيليكون السائل في التصلب ليشكل سبيكة سيليكون متعددة البلورات الأولية. عادة ما يتم تنفيذ هذه المرحلة في جهاز تبريد خاص لضمان التبريد الموحد.

4. تشكيل البلورات
أثناء عملية التبريد، سيتم إعادة ترتيب ذرات السيليكون لتكوين بلورات متعددة بدلاً من بنية بلورية واحدة. تتضمن عملية تشكيل سبائك السيليكون متعدد البلورات البذر البلوري والنمو. أثناء عملية التبريد، ستتشكل أولاً جزيئات بلورية صغيرة في بعض المناطق، وستستمر هذه الجزيئات في النمو مع انخفاض درجة الحرارة، لتشكل في النهاية سبيكة سيليكون متعددة البلورات كاملة. معدل التبريد المعقول والوقت يمكن أن يحسن حجم وتوزيع البلورات، وبالتالي تحسين أداء السيليكون متعدد البلورات.

5. قطع ومعالجة سبائك السيليكون
بعد أن تبرد سبيكة السيليكون متعدد البلورات إلى درجة حرارة الغرفة، يجب تقطيعها إلى شرائح رفيعة لاستخدامها في تصنيع الخلايا الشمسية. تستخدم هذه العملية عادة آلة قطع أسلاك عالية الدقة للتأكد من أن سمك رقاقة السيليكون المقطوعة يتراوح بين 180-200 ميكرون. مطلوب عملية دقيقة أثناء عملية القطع لتجنب هدر المواد وتلف الورقة.

6. فحص الجودة
في عملية إنتاج سبائك السيليكون، تعتبر مراقبة الجودة أمرًا بالغ الأهمية. سيتم اختبار كل رابط إنتاج بدقة للتأكد من أن النقاء والبنية البلورية والخصائص الفيزيائية لسبائك السيليكون تلبي المعايير. عادة، يتم استخدام التحليل الطيفي والمراقبة المجهرية وطرق أخرى لإجراء فحص شامل لسبائك السيليكون للتأكد من أنها يمكن أن تظهر أداءً جيدًا في تصنيع البطاريات اللاحقة.