Кремниевые пластины как основа для фотоэлементов

kremnievye-plastinyКремниевые пластины (англ. Oblate) — это тонкие пластинки, напиленные из кремниевых блоков — слитков, и которые затем в процессе обработки превратились в кристаллические фотоэлементы.

Кремниевые пластины, используемые в солнечной энергетике,  имеют толщину примерно от 0,18 до 0,25 мм (от 180 до 250 мкм, µm) и размер от 15 до 20 сантиметров.

Они получают форму квадрата, когда их вырезают из кубовидных поликристаллических слитков; или псевдо-квадрата, когда из выпиливают из монокристаллических колонн особо высокого качества.

Кремниевые пластины также используются и в микроэлектронике — они служат в качестве основы для производства компьютерных чипов (смотри рисунок выше).

Выпиливание пластин из слитков кремния является лишь первым шагом в производственном процессе от исходного кремния до солнечной батареи — но это очень важный шаг. Кремниевые пластины являются физической основой фотоэлементов — поэтому качество пластин оказывает решающее значение на качество фотоэлементов. Для этого при производстве кремниевых пластин очень тщательно следят за тем, чтобы даже в слитке кремний был высокого качества. Поликристаллические слитки отливаются методом блочного литья прямоугольными блоками. Производитель контролирует процесс плавления и охлаждения для того, чтобы избежать возникновения термических напряжений в материале.

А монокристаллические колонны медленно вытягиваются из расплава с помощью затравочного кристалла (метод Чохральского). Именно таким способом создается монокристаллический кремний самого высокого качества.

Что лучше – пилить или вытягивать?

Как моно -, так и поликристаллические слитки обрабатываются производителем до кремниевых пластин в абсолютно чистых помещениях. Тем самым предотвращается любое загрязнение и обеспечивается высокое качество.

Большая часть кремниевых пластин производится сегодня с помощью проволочной распилки. Сначала производители зажимают разделенные на части поликристаллические слитки — или целые колонны монокристаллического кремния — в фрезерно-отрезной станок. Там при помощи проволоки толщиной примерно 100-140 микрон нарезаются тонкие пластины толщиной от 180 до 250 микрон. Сила резки проволоки усилена сверхтвердыми частицами карбида кремния или алмаза. В качестве смазки используется масло или гликоль.

Но несмотря на это, от трети до половины кремния теряется в процессе резки в виде опилок. Сегодня современные методы переработки позволяют повторно переработать большую часть этого материала.

Альтернативный метод: Сравнительно высокие потери при резке и, в частности, относительно высокая толщина кремниевых пластин — особенно по сравнению с лишь несколькими микронами тонкослойных фотоэлементов — поощряют развитие альтернативных методов производства.

Некоторые производители пытались вытянуть кремниевую пластину прямо из расплава кремния (в том числе компании Schott и Evergreen Solar). Другие полагаются на новые технологии резки, такие как лазерная резка или резка на полоски («интеллектуальная резка»). Но с коммерческой точки зрения ни один из этих методов не прижился.

Кремниевые пластины в производстве фотоэлементов

kremnievaya-plastinaПолученные в описанном выше процессе пластины являются исходным материалом для производства фотоэлементов. Как правило, кремниевые пластины уже целенаправленно обогащены посторонними атомами, т.е. легированы. Что придает им необходимые электрические свойства, и теперь они готовы к постепенному превращению в кристаллический фотоэлемент.

Важнейшими этапами этого процесса являются:

=>травление — при травлении устраняются примеси и поверхностные повреждения кристаллической структуры пластины

=>текстурирование гидроксидом калия — при этом создается шероховатость поверхности пластины для лучшего поглощения света

=>диффузия фосфора в кремний — для формирования области пространственного заряда (p-n перехода) пластина получает дополнительное n-легирование

=>осаждение из паровой фазы — антиотражающий слой из нитрида кремния осаждается из паровой фазы для оптимизации использования солнечного света

=>трафаретна печать — печать электрических контактов на передней и задней сторонах, с которых снимается произведенная солнечная электроэнергия

После этого шага фотоэлемент готов для установки в солнечную батарею. И уже в ней бывшая кремниевая пластина вместе с 30-100 себе подобными занимается непосредственным превращением солнечного света в электроэнергию.

Источник: http://www.photovoltaiksolarstrom.de/photovoltaiklexikon/wafer

Контакты

ул.Космонавтов 81/6, г.Николаев, Украина
+38 (067) 512 33 83
nfo@sunnik.com.ua
sunnik
sunnik