ما هي التقنيات وضوابط العمليات التي تعتبر أساسية لضمان اتساق الجودة أثناء عملية تصنيع الألواح الشمسية أحادية البلورية؟

عملية تصنيع أحادي البلورية الألواح الشمسية يتضمن سلسلة من التقنيات المعقدة والمتطورة وضوابط العمليات لضمان أن كل لوحة تتمتع بجودة ثابتة وكفاءة عالية. وفيما يلي الإجابة التفصيلية والمقدمة:
التقنيات الرئيسية وضوابط العمليات في عملية تصنيع ألواح السيليكون أحادية البلورية
تحضير مواد السيليكون عالية النقاء
الخطوة الأولى في تصنيع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة هي تحضير مواد السيليكون عالية النقاء. يؤثر نقاء السيليكون بشكل مباشر على كفاءة وأداء الألواح. عادة ما يتم تحضير مواد السيليكون من خلال عملية تنقية السيليكون من الدرجة المعدنية، والتي تشمل:
طريقة ثلاثي كلوروسيلان (طريقة سيمنز): يتم إنتاج ثلاثي كلوروسيلان (HCl) عن طريق تفاعل السيليكون المعدني مع الكلور، ثم يتم تقطيره واختزاله لإنتاج السيليكون متعدد البلورات عالي النقاء في النهاية.
طريقة ذوبان المنطقة: لزيادة تحسين نقاء السيليكون، يتم استخدام طريقة ذوبان المنطقة لإذابة سبيكة السيليكون جزئيًا عند درجة حرارة عالية، ويتم إزالة الشوائب تدريجيًا عن طريق تسخين المنطقة.
نمو سبائك السيليكون أحادية البلورية
بعد تحضير مادة السيليكون عالية النقاء، يجب تحويلها إلى سبائك سيليكون أحادية البلورية. تشمل الطرق الرئيسية ما يلي:
طريقة تشوتشرالسكي (CZ): يتم وضع السيليكون متعدد البلورات في بوتقة كوارتز وتسخينه إلى حالة منصهرة، ثم يتم غمر بذرة بلورية واحدة في السيليكون المنصهر ويتم تدوير بلورة البذرة ببطء وسحبها لأعلى لتنمو تدريجيًا سيليكون بلوري واحد سبيكة.
طريقة المنطقة العائمة (FZ): يتم استخدام التسخين بالحث الكهرومغناطيسي لزراعة السيليكون البلوري الأحادي بدون بوتقة. يتم الحصول على السيليكون البلوري الأحادي عالي النقاء عن طريق ذوبان وبلورة قضبان السيليكون متعدد البلورات في أقسام تحت تأثير ملف الحث عالي التردد.
قطع سبائك السيليكون وإنتاج رقائق السيليكون
بعد اكتمال نمو سبيكة السيليكون البلورية المفردة، يجب تقطيعها إلى شرائح رفيعة لصنع الخلايا الشمسية. تشمل الخطوات الرئيسية ما يلي:
قطع سبائك السيليكون: باستخدام تكنولوجيا القطع بالمنشار السلكي الماسي، يتم قطع سبيكة السيليكون البلورية المفردة إلى شرائح رفيعة. يمكن أن يوفر قطع المنشار السلكي الماسي تأثيرات قطع عالية الدقة ومنخفضة الخسارة.
تلميع وتنظيف رقائق السيليكون: تحتاج رقائق السيليكون المقطوعة إلى صقل وتنظيف لإزالة علامات القطع والشوائب الموجودة على السطح وضمان نعومة واستواء سطح رقاقة السيليكون.
التركيب والمنشطات لرقائق السيليكون
من أجل تحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي، تحتاج رقائق السيليكون إلى أن تكون مزخرفة ومخدرة:
التركيب: يتم تشكيل هيكل هرمي صغير على سطح رقاقة السيليكون عن طريق الحفر الكيميائي لزيادة مساحة السطح وكفاءة امتصاص الضوء.
المنشطات: يتم تطعيم الفوسفور (النوع n) أو البورون (النوع p) وعناصر أخرى على رقاقة السيليكون عن طريق الانتشار أو زرع الأيونات لتشكيل تقاطع PN، وهو أساس الخلايا الشمسية لتوليد الكهرباء.
التخميل السطحي والطلاء المضاد للانعكاس
من أجل تقليل إعادة تركيب الموجات الحاملة المولدة ضوئيًا وتحسين كفاءة التحويل الكهروضوئي، يجب تخميل سطح رقاقة السيليكون وإضافة طلاء مضاد للانعكاس:
التخميل السطحي: يتم ترسيب طبقة من أكسيد السيليكون أو نيتريد السيليكون على سطح رقاقة السيليكون عن طريق ترسيب البخار الكيميائي (CVD) أو ترسيب الطبقة الذرية (ALD) لتقليل عيوب السطح وإعادة التركيب.
الطلاء المضاد للانعكاس: يتم ترسيب طبقة من الطلاء المضاد للانعكاس، مثل نيتريد السيليكون (SiNx)، على سطح رقاقة السيليكون لتقليل انعكاس الضوء وتحسين كفاءة امتصاص الضوء.
إنتاج القطب الكهربائي وتجميع الخلايا
من أجل جمع ونقل التيار المولد ضوئيًا، يجب صنع أقطاب كهربائية على سطح رقائق السيليكون:
القطب الكهربائي الأمامي: تتم طباعة معجون الفضة على الجزء الأمامي من رقاقة السيليكون بواسطة تقنية طباعة الشاشة، ويتم تشكيل قطب كهربائي أومي جيد عن طريق عملية التلبيد.
القطب الخلفي: يتم تصنيع قطب الألومنيوم أو القطب الفضي على الجزء الخلفي من رقاقة السيليكون عن طريق التبخر الفراغي أو طباعة الشاشة لضمان التجميع الفعال للتيار.
اختبار وفرز الخلايا
تحتاج الخلايا المصنعة إلى الخضوع لاختبارات وفرز صارم لضمان أدائها واتساقها:
الاختبار الكهروضوئي: اختبار المعلمات مثل جهد الدائرة المفتوحة (Voc)، وتيار الدائرة القصيرة (Isc)، وعامل التعبئة (FF)، وكفاءة التحويل لكل خلية.
الفرز: وفقًا لنتائج الاختبار، يتم تقسيم الخلايا إلى مستويات كفاءة مختلفة بحيث يمكن مطابقتها أثناء التجميع لتحسين الأداء العام للمكونات.
تجميع وتعبئة المكونات
بعد الاختبار والفرز، يجب تجميع الخلايا في وحدات الخلايا الشمسية:
التوصيل المتسلسل والمتوازي: يتم توصيل الخلايا على التوالي والتوازي حسب متطلبات التصميم لتكوين سلسلة بطارية.
التعبئة والتغليف: استخدم فيلم EVA (أسيتات فينيل الإيثيلين) لوضع سلسلة الخلية بين الزجاج واللوحة الخلفية مع نفاذية عالية للضوء، واستخدم جهاز تغليف لإجراء تعبئة بالضغط الساخن لتشكيل مجموعة خلايا مقاومة للماء والغبار.
مراقبة الجودة وفحص المصنع
أخيرًا، تحتاج وحدات الخلايا الشمسية المصنعة إلى الخضوع لرقابة صارمة على الجودة وفحص المصنع:
اختبار القوة الميكانيكية: اختبر مقاومة الرياح ومقاومة الضغط ومقاومة الصدمات للوحدة لضمان متانتها في ظل الظروف البيئية المختلفة.
اختبار الأداء الكهربائي: اختبر خرج الطاقة وكفاءة الوحدة من خلال محاكاة ضوء الشمس للتأكد من أنها تلبي مواصفات ومعايير التصميم.
باختصار، تتضمن عملية تصنيع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة مجموعة متنوعة من التقنيات الرئيسية وضوابط العملية، بدءًا من إعداد مواد السيليكون عالية النقاء، إلى نمو سبائك السيليكون أحادية البلورة، وقطع رقائق السيليكون وتركيبها وتطعيمها، إلى إنتاج القطب الكهربائي وتجميع الخلايا ومراقبة الجودة النهائية. تتطلب كل خطوة رقابة صارمة وتشغيلًا دقيقًا لضمان الكفاءة العالية والاتساق للمنتج النهائي. من خلال هذه التقنيات وضوابط العمليات، يمكن للألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة أن تظل قادرة على المنافسة في السوق وتزويد المستخدمين بحلول طاقة شمسية فعالة وموثوقة.