Quy trình sản xuất và nguyên liệu làm tấm pin mặt trời

Quy trình sản xuất và nguyên liệu làm pin mặt trời

Tấm pin là một trong những thành phần chính quan trọng, giúp chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống điện, các thiết bị sử dụng công nghệ mặt trời.

Bài viết sau đây sẽ chia sẻ những thông tin chi tiết về quy trình sản xuất và nguyên liệu làm pin mặt trời, để cho bạn có thể biết rõ hơn về thành phần quan trọng này.

Quy trình sản xuất và nguyên liệu làm pin mặt trời 1

Nguyên liệu làm pin mặt trời

Nguyên liệu chính là silicon tinh khiết thế nhưng trong trạng thái tự nhiên thì thường rất thô, chúng có nguồn gốc từ silicon đioxit chẳng hạn như đá thạch anh (silica tinh khiết nhất) hay thạch anh nghiền.

Nguyên liệu làm pin mặt trời

Các quy trình tạo ra các tế bào quang điện

Quá trình làm sạch silicon

Để tạo ra pin mặt trời, đầu tiên sẽ đặt các nguyên liệu thô trên vào lò nung quang điện hình cung, là nơi cacbon hình cung được sử dụng để giải phóng oxy.

Sản phẩm của quá trình này là carbon dioxide và silicon nóng chảy. Silicon lúc này có tạp chất 1%, chưa có tinh khiết để tạo tế bào quang điện, cần phải trải qua quá trình làm sạch thêm.

Quá trình làm sạch silicon

99% silicon tinh khiết còn lại được tinh chế hơn nữa bằng cách sử dụng kỹ thuật floating zone. Thanh silicon không tinh khiết sẽ truyền qua khu vực được gia nhiệt nhiều lần trong cùng một hướng.

Mỗi lần thông qua, khu vực này sẽ kéo các tạp chất hướng tới một đầu. Vào thời điểm này, silicon đã được làm sạch, hoàn toàn tinh khiết, còn đầu chứa tạp chất được loại bỏ.

Làm silicon đơn tinh thể

Các pin quang điện được làm từ các thỏi silicon hình trụ, có cấu trúc nguyên tử đơn tinh thể, được làm từ quy trình Czochralski.

Làm silicon đơn tinh thể

Trong quy trình này, một hạt đơn tinh thể silicon được nhúng vào silicon đa tinh thể nóng chảy. Khi hạt tinh thể rút lại và xoay vòng, một phôi hình trụ hay boule của silicon được hình thành. Phôi thu được chưa chắc tinh khiết, bởi vì tạp chất có lẽ vẫn còn trong chất lỏng.

Làm tấm bán dẫn silic

Từ phôi hình trụ, người ta sử dụng cưa tròn có đường kính bên trong, cắt bên trong thỏi hình trụ thành từng tấm bán dẫn silic hay có thể cắt nhiều lát cùng một lúc bằng cưa đa dây (chiếc cưa hình kim cương tạo ra các vết cắt rộng và dày 5 milimet.

Chỉ khoảng một nửa silicon bị mất từ phôi hình trụ đến lát hình tròn đã hoàn thành hay nhiều hơn nếu sau đó tấm bán dẫn silic được cắt thành hình chữ nhật hay hình lục giác.

Làm tấm bán dẫn silic

Các tấm bán dẫn hình chữ nhật hay hình lục giác đôi khi được sử dụng để tạo ra tấm pin quang điện vì chúng có thể được gắn với nhau một cách hoàn hảo, nhờ đó tận dụng tất cả không gian có sẵn trên bề mặt phía trước của pin

Sau đó, các tấm bán dẫn được đánh bóng để loại bỏ các dấu cưa. Thời điểm gần đây, người ta nhận ra các tế bào thô ráp hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, do đó có vài nhà sản xuất đã bỏ qua quá trình đánh bóng tấm bán dẫn.

Quá trình pha tạp (doping)

Các Silicon tinh khiết được pha tạp với phốt pho và boron để tạo ra lượng electron dư thừa và sự thiếu hụt electron tương ứng sẽ tạo chất bán dẫn có khả năng dẫn điện.

Sau quá trình Czochralski, các tấm bán dẫn được hàn kín lại và đặt trong lò nung để gia nhiệt nhẹ nhàng dưới điểm nóng chảy của silic (2.570 độ F hay 1.410 độ C) với sự hiện diện của khí photpho.

Quá trình pha tạp (doping)

Các nguyên tử photpho đào bên trong silicon xốp hơn vì nó gần như trở thành chất lỏng. Nhiệt độ và thời gian cho quá trình này được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo đường nối đồng nhất và có độ sâu thích hợp.

Thời gian gần đây, người ta pha tạp silicon với photpho bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion phốt pho vào thỏi. Bằng việc kiểm soát tốc độ của các ion, có thể kiểm soát được độ sâu thâm nhập của chúng. Tuy nhiên quy trình mới này không được nhà sản xuất thương mại chấp nhận.

Đặt các tiếp điểm điện

Các tiếp điểm điện kết nối từng tế bào năng lượng mặt trời với nhau và đến đầu thu của dòng điện hiện tại. Các tiếp điểm phải rất mỏng (ít nhất là ở phía trước) để không chặn ánh sáng mặt trời vào tế bào.

Các kim loại như paladi / bạc, niken hay đồng được hút chân không thông qua quá trình quang khắc (photoresist), in lụa hay chỉ lắng đọng trên phần tiếp xúc của các tế bào đã được phủ một phần bằng sáp.

Đặt các tiếp điểm điện

Cả ba phương pháp đều liên quan đến một hệ thống với bên trong gồm một phần của tế bào có tiếp điểm không đòi hỏi được bảo vệ, trong khi phần còn lại tiếp xúc với kim loại.

Sau khi đặt các tiếp điểm, các miếng mỏng được đặt giữa các tế bào. Miếng mỏng sử dụng phổ biến được làm từ đồng bọc thiếc.

Phủ lớp chống phản quang

Bởi vì silicon tinh khiết rất sáng bóng, có thể phản xạ tới 35% ánh sáng mặt trời. Để làm giảm lượng ánh sáng mặt trời bị mất, trên các tấm bán dẫn silicon được phủ lớp chống phản chiếu.

Lớp phủ thường được sử dụng nhất làm bằng titan dioxit và silicon oxit. Chất liệu được sử dụng cho lớp phủ hoặc là nóng lên cho đến khi các phân tử của nó bay hơi, di chuyển đến silicon và ngưng tụ, hoặc là trải qua quá trình phún xạ (sputtering).

Phủ lớp chống phản quang

Trong quá trình phún xạ, điện áp cao đập các phân tử ra khỏi chất liệu và để chúng vào silicon ở điện cực. Một phương pháp khác cho phép silicon phản ứng với các khí có chứa oxy hay nitơ để hình thành silicon dioxit hay silicon nitride.

Đóng gói tế bào thành tấm pin

Các pin mặt trời đã hoàn thành thường được đóng gói lại tạo thành các modun và được đặt vào khung kim loại bằng nhôm có tấm ốp mặt sau tạo nên sự chắc chắn cho pin cùng tấm kính bằng nhựa siêu nhẹ, có độ bền cao.

Bên trong khung kim loại là vật liệu bảo vệ gồm cao su chứa silicon trong suốt hay nhựa butyryl (thường được sử dụng trong kính chắn gió ô tô) liên kết xung quanh các tế bào, sau đó nhúng trong etylen vinyl axetat.

Đóng gói tế bào thành tấm pin

Chất silicon được sử dụng tựa như xi măng để ghép tất cả các thành phần bên trên lại với nhau.