太陽電池でシリコンウェーハはどのように使用されていますか？

シリコンウェーハは、太陽光発電（PV）セルのバックボーンであり、日光を電気に変換するソーラーパネルの構成要素です。大手シリコンウェーハサプライヤーとして、私はこれらのウェーハが太陽エネルギー産業で果たす極めて重要な役割を直接目撃しました。このブログでは、太陽光発電セルでシリコンウェーハがどのように使用されているかを掘り下げ、原材料から完全に機能的な太陽光パネルまでのプロセスを調査します。

シリコンウェーハの基本

シリコンは地球上で2番目に豊富な要素であり、大規模なPV細胞生産に理想的な材料となっています。シリコンウェーハは、通常、非常に純粋なシリコンで作られた半導体材料の薄い円形のスライスです。これらのウェーハにはさまざまなサイズと厚さがあり、それぞれがPV業界の特定のアプリケーションに合わせて調整されています。たとえば、8インチシリコンウェーハ製造プロセス中のサイズと管理性のバランスのため、人気のある選択肢です。

シリコンの浄化

PVセルでのシリコンウェーハの旅は、シリコンの浄化から始まります。クォーツまたは砂から得られた生のシリコンは、最初に冶金 - グレードシリコン（Mg -Si）に変換され、純度は約98％です。ただし、このレベルの純度は、PVアプリケーションには十分ではありません。必要な高純度シリコンを達成するために、Mg -SIは、シーメンスプロセスや流動化 - ベッドリアクター法などの化学浄化プロセスを受けます。

Siemensプロセスでは、Mg -Siは塩化水素と反応してトリクロロジラン（Sihcl₃）を形成します。次に、トリクロロジランを蒸留して不純物を除去し、高温で水素とともに減少させて薄いロッドに純粋なシリコンを堆積させます。これにより、99.9999％を超える純度の多結晶シリコンが生じます。

結晶の成長

高純度シリコンが得られると、結晶構造に形成する必要があります。 PV細胞で使用されるシリコン結晶には、単結晶と多結晶の2つのタイプがあります。

単結晶シリコンは、Czochralski（CZ）法を使用して栽培されています。このプロセスでは、小さな種子の結晶が溶融シリコンのるつぼに浸されます。種子の結晶が回転中にゆっくりと引き出されると、シリコン原子が種子に付着し、大きな単一のクリスタルインゴットを形成します。単結晶シリコンは均一な結晶構造を持っているため、PV細胞の電子移動度が向上し、効率が高くなります。

多結晶シリコンは、大きなるつぼで高純度シリコンを溶かすことにより生成され、ゆっくりと固化することができます。単結晶シリコンとは異なり、多結晶シリコンは、異なる方向の多くの小さな結晶で構成されています。多結晶シリコンは一般に単結晶シリコンよりも効率が低いですが、生成が安くなります。

ウェーハスライシング

結晶の成長後、シリコンインゴットは薄いウェーハにカットされます。これは通常、ワイヤーソーを使用して行われます。ワイヤーソーは、インゴットを介して急速に移動する高張力ワイヤで構成されます。ワイヤーは、ダイヤモンドなどの研磨粒子でコーティングされており、硬いシリコン材料を通り抜けます。ウェーハの厚さは異なる場合があります薄いシリコンウェーハ材料の使用とコストを削減するにつれて、オプションはますます人気が高まっています。

表面処理

ウェーハがスライスされると、一連の表面処理を受けます。最初に、ウェーハはきれいにされて、スライスプロセスから汚染物質または破片を除去します。次に、テクスチャリングプロセスがウェーハの表面に適用されます。テクスチャリングは、日光の反射を減らすのに役立つ粗い表面を作成し、PVセルによってより多くの光を吸収できるようにします。

ドーピング

ドーピングは、PV細胞の産生における重要なステップです。ドーパントと呼ばれる少量の不純物をシリコンウェーハに導入して、AP -Nジャンクションを作成することが含まれます。 P -N接合部は、2種類の半導体材料の境界です。P-タイプとN-タイプです。

P-タイプのシリコンは、シリコンよりも原子価が少ないボロンなどの要素を備えたシリコンをドーピングすることによって作成されます。これにより、シリコン格子に「穴」が作成されます。シリコン格子は、正電荷キャリアとして機能します。 N-タイプのシリコンは、リンのような要素をドーピングすることにより形成されます。リンは、シリコンよりも1つの価電子を持つ、負電荷キャリアとして余分な電子を作成します。

ap -typeとn -typeシリコンがまとめられると、ap -nジャンクションが形成されます。 p -n接合部では、n -type領域からの電子がp -type領域に拡散し、p -type領域からの穴がn -type領域に拡散し、電界に構築された - 構築されます。

反反射コーティング

PVセルの光吸収をさらに改善するために、ウエハーの表面に反射（AR）コーティングが適用されます。 ARコーティングは通常、窒化シリコンや二酸化チタンなどの材料で作られています。セルの表面での日光の反射を減らし、吸収して電気に変換できる光の量を増やします。

金属化

金属化は、PVセルに金属接触を適用するプロセスです。これらの接点は、セルによって生成された電流を収集し、外部回路に転送するために使用されます。フロントコンタクトは通常、金属線の細かいグリッドであり、電流を収集しながら日光が通り抜けることができます。バックコンタクトは、ウェーハの背面全体をカバーします。

カプセル化とアセンブリ

PV細胞が製造された後、それらは環境から保護するためにカプセル化されます。セルは、通常は強化されたガラスで作られた透明な前層と、通常はポリマー材料で作られたバックシートの間に挟まれています。エチレン - 酢酸ビニル（EVA）などのカプセル剤を使用して、層を結合し、電気断熱材を提供します。

最後に、カプセル化されたPV細胞はソーラーパネルに組み立てられます。複数のセルが直列と並列で接続され、目的の電圧と電流出力を実現します。その後、パネルは、機械的なサポートと保護のためにアルミニウムフレームでフレーム化されます。

PVの特殊なシリコンウェーハ

標準のシリコンウェーハに加えて、独自の利点を提供する特殊なタイプがあります。FZシリコンウェーハ、またはfloat -Zoneシリコンウェーハは、RF加熱コイルを通して多結晶シリコンロッドを渡すことにより生成されます。この方法は、酸素と炭素含有量が少ない非常に高い純度シリコンをもたらし、特に高品質の性能が必要なアプリケーションでは、より高い効率のPV細胞につながる可能性があります。

結論

シリコンウェーハは太陽電池の中心であり、その生産には複雑で正確な一連のステップが含まれます。精製からカプセル化まで、各ステップは、最終的なPVセルの効率と性能を決定する上で重要です。シリコンウェーハサプライヤーとして、私たちは太陽エネルギー産業の進化するニーズを満たす高品質のウェーハを提供することに取り組んでいます。

PVセルの生産のためのシリコンウェーハの市場にいる場合は、会話をお待ちしております。当社の専門家チームは、当社の製品に関する詳細情報を提供し、特定の要件に最適なソリューションを見つけるのに役立ちます。調達ディスカッションを開始し、太陽エネルギープロジェクトを次のレベルに引き上げてください。

参照

• ジョン・ネルソンによる「太陽電池：材料、製造、操作」
• Ja DuffieとWa Beckmanによる「太陽光発電システムエンジニアリング」
• 太陽光発電変換に関するIEEE世界会議の議事録