Il processo di produzione del monocristallino pannelli solari prevede una serie di tecnologie complesse e sofisticate e controlli di processo per garantire che ogni pannello abbia una qualità costante e un'elevata efficienza. Quella che segue è una risposta dettagliata e un'introduzione:
Tecnologie chiave e controlli di processo nel processo produttivo di pannelli in silicio monocristallino
Preparazione di materiali siliconici di elevata purezza
Il primo passo nella produzione di pannelli solari in silicio monocristallino è la preparazione di materiali in silicio di elevata purezza. La purezza del silicio influisce direttamente sull'efficienza e sulle prestazioni dei pannelli. I materiali in silicio vengono solitamente preparati attraverso il processo di purificazione del silicio di grado metallurgico, che comprende:
Metodo del triclorosilano (metodo Siemens): il triclorosilano (HCl) viene generato facendo reagire silicio di grado metallurgico con cloro, quindi distillato e ridotto per generare infine silicio policristallino di elevata purezza.
Metodo di fusione a zona: per migliorare ulteriormente la purezza del silicio, il metodo di fusione a zona viene utilizzato per fondere parzialmente il lingotto di silicio ad alta temperatura e le impurità vengono gradualmente rimosse mediante riscaldamento a zona.
Crescita di lingotti di silicio monocristallino
Dopo che il materiale di silicio ad elevata purezza è stato preparato, deve essere convertito in lingotti di silicio monocristallino. I metodi principali includono:
Metodo Czochralski (CZ): il silicio policristallino viene posto in un crogiolo di quarzo e riscaldato fino allo stato fuso, quindi un seme monocristallino viene immerso nel silicio fuso e il seme cristallino viene lentamente ruotato e tirato verso l'alto per far crescere gradualmente un silicio monocristallino lingotto.
Metodo della zona mobile (FZ): il riscaldamento a induzione elettromagnetica viene utilizzato per far crescere il silicio monocristallino senza crogiolo. Il silicio monocristallino di elevata purezza si ottiene fondendo e cristallizzando le barre di silicio policristallino in sezioni sotto l'azione di una bobina di induzione ad alta frequenza.
Taglio di lingotti di silicio e produzione di wafer di silicio
Una volta completata la crescita del lingotto di silicio monocristallino, è necessario tagliarlo a fette sottili per produrre celle solari. I passaggi chiave includono:
Taglio di lingotti di silicio: utilizzando la tecnologia di taglio con sega a filo diamantato, il lingotto di silicio monocristallino viene tagliato in fette sottili. Il taglio con sega a filo diamantato può fornire effetti di taglio ad alta precisione e con poche perdite.
Lucidatura e pulizia dei wafer di silicio: i wafer di silicio tagliati devono essere lucidati e puliti per rimuovere segni di taglio e impurità sulla superficie e garantire la levigatezza e la planarità della superficie del wafer di silicio.
Texturing e drogaggio di wafer di silicio
Per migliorare l'efficienza della conversione fotoelettrica, i wafer di silicio devono essere testurizzati e drogati:
Texture: una minuscola struttura piramidale viene formata sulla superficie del wafer di silicio mediante incisione chimica per aumentare l'area superficiale e l'efficienza di assorbimento della luce.
Doping: il fosforo (tipo n) o il boro (tipo p) e altri elementi vengono drogati sul wafer di silicio mediante diffusione o impiantazione ionica per formare una giunzione PN, che è la base per le celle solari per generare elettricità.
Passivazione superficiale e rivestimento antiriflesso
Per ridurre la ricombinazione dei portatori fotogenerati e migliorare l'efficienza della conversione fotoelettrica, è necessario passivare la superficie del wafer di silicio e aggiungere un rivestimento antiriflesso:
Passivazione superficiale: uno strato di ossido di silicio o nitruro di silicio viene depositato sulla superficie del wafer di silicio mediante deposizione chimica in fase vapore (CVD) o deposizione di strato atomico (ALD) per ridurre i difetti superficiali e la ricombinazione.
Rivestimento antiriflesso: uno strato di rivestimento antiriflesso, come il nitruro di silicio (SiNx), viene depositato sulla superficie del wafer di silicio per ridurre la riflessione della luce e migliorare l'efficienza di assorbimento della luce.
Produzione degli elettrodi e assemblaggio delle celle
Per raccogliere e trasmettere la corrente fotogenerata, è necessario realizzare degli elettrodi sulla superficie dei wafer di silicio:
Elettrodo anteriore: la pasta d'argento viene stampata sulla parte anteriore del wafer di silicio mediante la tecnologia di serigrafia e un buon elettrodo di contatto ohmico viene formato mediante il processo di sinterizzazione.
Elettrodo posteriore: l'elettrodo di alluminio o l'elettrodo d'argento viene realizzato sul retro del wafer di silicio mediante evaporazione sotto vuoto o serigrafia per garantire un'efficace raccolta di corrente.
Test e smistamento delle cellule
Le celle prodotte devono essere sottoposte a test e selezioni rigorosi per garantirne prestazioni e coerenza:
Test fotoelettrici: parametri di test come tensione a circuito aperto (Voc), corrente di cortocircuito (Isc), fattore di riempimento (FF) ed efficienza di conversione di ciascuna cella.
Classificazione: in base ai risultati del test, le celle vengono divise in diversi livelli di efficienza in modo che possano essere abbinate durante l'assemblaggio per migliorare le prestazioni complessive dei componenti.
Assemblaggio e confezionamento dei componenti
Dopo il test e la selezione, le celle devono essere assemblate in moduli di celle solari:
Collegamento in serie e parallelo: le celle sono collegate in serie e parallelo secondo i requisiti di progettazione per formare una stringa di batterie.
Imballaggio: utilizzare una pellicola EVA (etilene-vinil acetato) per inserire la stringa di celle tra il vetro e il foglio posteriore con elevata trasmissione della luce e utilizzare un laminatore per eseguire l'imballaggio con pressatura a caldo per formare un gruppo di celle impermeabile e antipolvere.
Controllo qualità e ispezione in fabbrica
Infine, i moduli di celle solari prodotti devono essere sottoposti a severi controlli di qualità e ispezioni di fabbrica:
Test di resistenza meccanica: testare la resistenza al vento, la resistenza alla pressione e la resistenza agli urti del modulo per garantirne la durata in varie condizioni ambientali.
Test delle prestazioni elettriche: testare la potenza in uscita e l'efficienza del modulo simulando la luce solare per garantire che soddisfi le specifiche e gli standard di progettazione.
In sintesi, il processo di produzione dei pannelli solari in silicio monocristallino coinvolge una varietà di tecnologie chiave e controlli di processo, dalla preparazione di materiali di silicio di elevata purezza, alla crescita di lingotti di silicio monocristallino, al taglio, alla testurizzazione e al drogaggio di wafer di silicio, al produzione degli elettrodi, assemblaggio delle celle e controllo qualità finale. Ogni passaggio richiede un controllo rigoroso e operazioni di precisione per garantire l'elevata efficienza e la coerenza del prodotto finale. Attraverso queste tecnologie e controlli di processo, i pannelli solari in silicio monocristallino possono rimanere competitivi sul mercato e fornire agli utenti soluzioni di energia solare efficienti e affidabili.
