Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời gồm 9 bước chính: Lựa chọn Wafer Silicon, Chuẩn bị bề mặt, Pha tạp khớp nối, Loại bỏ khớp nối sau, Chế tạo điện cực trên và dưới, Mài mòn xung quanh, Bay hơi phim chống phản xạ, Kiểm tra và thử nghiệm, Đóng gói các mô-đun. Mỗi bước đều có vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ bền của pin năng lượng mặt trời. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá chi tiết từng bước trong quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời nhé!
09 Bước chính trong quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời
Để sản xuất ra pin năng lượng mặt trời, doanh nghiệp cần phải thực hiện 9 bước chính sau đây:
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Lựa chọn Wafer Silicon
Silicon là nguyên tố có sẵn nhiều thứ hai của Trái Đất và được tìm thấy trong cát biển tự nhiên. Chúng được tinh chế từ cát thạch anh trong lò phản ứng hồ quang ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, Silicon thô chỉ có độ tinh khiết khoảng 1%, chưa đủ để tạo ra tế bào quang điện. Silicon thô cần phải trải qua quá trình làm sạch thêm 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.
Tấm Wafer Silicon là vật liệu cơ bản để sản xuất pin mặt trời Silicon đơn tinh thể, có thể được cắt từ các thanh silicon đơn tinh thể với độ tinh khiết cao. Khi chọn một tấm Wafer Silicon, cần xem xét loại độ dẫn điện, điện trở suất, hướng tinh thể, độ lệch và tuổi thọ của vật liệu Silicon.
Tấm Silicon thường được gia công thành hình vuông, hình chữ nhật, hình tròn hoặc bán nguyệt với độ dày khoảng 0,25 ~ 0,40mm
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Chuẩn bị bề mặt
Silicon tinh khiết được nấu chảy và đúc thành các thỏi hình trụ có cấu trúc kết tinh.
Boron được thêm vào để tạo ra cực tính điện dương của Silicon.
Có hai loại silicon tinh thể: đơn tinh thể và đa tinh thể.
- Đơn tinh thể được sản xuất từ một khối Silicon duy nhất và có hiệu suất cao hơn nhưng cũng đắt hơn.
- Đa tinh thể được sản xuất bằng cách nấu chảy nhiều khối Silicon với nhau và có hiệu suất thấp hơn nhưng cũng rẻ hơn.
Sau đó, thỏi Silicon được cắt thành các đĩa mỏng gọi là Wafer bằng máy cưa dây.
- Wafer có độ mỏng tương tự như một tờ giấy và có độ sáng bóng cao.
- Wafer được mài và đánh bóng để làm phẳng các mặt phôi.
Những tấm Wafer Silicon có bề mặt bẩn và không bằng phẳng. Do đó, trước khi sản xuất pin năng lượng mặt trời, việc chuẩn bị bề mặt cần được xử lý lại. Chuẩn bị bề mặt thường được chia thành ba bước:
- Sử dụng axit sunfuric đậm đặc nóng để làm sạch hóa học sơ bộ;
- Sự ăn mòn của các tấm silicon trong dung dịch ăn mòn axit hoặc kiềm, mỗi tấm Wafer được ăn mòn với độ dày khoảng 30 ~ 50μm;
- Sử dụng nước cường toan hoặc dung dịch tẩy rửa khác để tẩy rửa bằng hóa chất.
Sau khi làm sạch và ăn mòn bằng hóa chất, các tấm Wafer được rửa sạch bằng nước khử ion có độ tinh khiết cao.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Pha tạp khớp nối
Khớp P-N (Proton – Neutron) là phần cốt lõi của pin năng lượng mặt trời silic đơn tinh thể. Nếu không có khớp PN, dòng điện quang không thể được tạo ra, vì vậy nó không được gọi là pin năng lượng mặt trời. Do đó, việc chế tạo khớp -PN là quá trình quan trọng nhất. Thường sử dụng phương pháp khuếch tán nhiệt độ cao để làm khớp. Lấy ví dụ về sự khuếch tán của photpho trên một tấm silic loại P, các bước khuếch tán chính là:
Chuẩn bị nguồn khuếch tán: Hòa tan pentoxit photpho siêu tinh khiết trong một lượng thích hợp ethanol hoặc nước cất, lắc đều, rồi pha loãng.
Từ nguồn: Lấy ra miếng silic đã chuẩn bị bề mặt từ nước cất, sấy khô nguồn phủ dưới ánh sáng hồng ngoại để làm cho nó phân tán đều trên bề mặt silic, sau đó sấy nhẹ với ánh sáng hồng ngoại, rồi đưa miếng silic vào thuyền thạch anh.
Khuếch tán: Lò khuếch tán được làm nóng trước lên nhiệt độ khuếch tán, ở nhiệt độ khoảng 900°C – 950°C, và xua khí nitơ trong vài phút. Sau đó, đẩy thuyền thạch anh có miếng silic vào ống thạch anh trong lò, ủ ở miệng lò trong vài phút, rồi đẩy vào vùng nhiệt độ không đổi để khuếch tán hơn mười phút, kéo thuyền thạch anh ra miệng lò và làm mát chậm trong vài phút. Sau đó, lấy ra miếng silic và quá trình pha tạp khớp nối hoàn thành.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Loại bỏ khớp nối sau
Trong quá trình khuếch tán nhiệt độ cao, một khớp PN cũng được hình thành ở mặt sau của miếng silic và khớp PN ở mặt sau phải được loại bỏ. Khi loại bỏ khớp PN ở mặt sau, sử dụng keo đen để phủ lên mặt trước của miếng silic để che khớp PN ở mặt trước, sau đó đặt miếng silic vào dung dịch ăn mòn để ăn mòn lớp khuếch tán ở mặt sau để thu được miếng silic bóng và phẳng ở mặt sau, gỡ bỏ vinyl, rửa và làm khô miếng silic để sử dụng sau.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: chế tạo điện cực trên và dưới
Để đưa ra năng lượng điện thu được bằng quá trình chuyển đổi của pin, cần phải làm hai cực dương và âm trên pin. Cực ở mặt nhận ánh sáng của pin được gọi là cực trên; cực ở mặt sau của pin được gọi là cực dưới.
Cực trên thường được làm thành một đường lưới, có lợi cho việc thu thập dòng điện sinh ra và giúp pin có diện tích tiếp nhận ánh sáng lớn hơn. Cực dưới phủ khắp mặt sau của pin để giảm điện trở nối tiếp của pin. Khi làm cực, đặt miếng silic vào chuông thủy tinh của máy phủ chân không. Khi độ chân không đủ cao, một lớp phim nhôm sẽ ngưng tụ trên bề mặt miếng silic và độ dày của nó có thể được kiểm soát ở 30-100μm.
Sau đó, bay hơi một lớp bạc trên lớp phim nhôm với độ dày khoảng 2~5μm. Để thuận tiện cho việc lắp ráp pin, cần hàn một lớp hợp kim thiếc-nhôm-bạc trên các cực. Ngoài ra, để thu được cực trên hình lưới, cần đặt một khuôn kim loại có hình dạng nhất định trên bề mặt silic khi bay hơi nhôm và bạc. Mật độ đường lưới của cực trên thường là 4 đường trên mỗi centimet vuông, cao nhất là 10-19 đường trên mỗi centimet vuông và cao nhất là 60 đường trên mỗi centimet vuông.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Ăn mòn xung quanh
Trong quá trình khuếch tán, một lớp khuếch tán cũng được hình thành trên bề mặt xung quanh của miếng silic, thường được loại bỏ khi ăn mòn khớp PN ở mặt sau, vì vậy quá trình này có thể được bỏ qua. Nếu chu vi của pin có kim loại dính vào khi hàn, nó vẫn cần phải được ăn mòn để loại bỏ kim loại. Quá trình này có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của pin, vì bất kỳ một phần ngắn mạch nhỏ nào cũng sẽ làm cho pin bị mất thẩm mỹ và giảm hiệu suất. Phương pháp ăn mòn xung quanh khá đơn giản, miễn là hai cạnh của wafer silicon được phủ keo đen hoặc được che dấu bằng các phương pháp khác, rồi đưa vào dung dịch ăn mòn để ăn mòn trong 30s hoặc 1 phút.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: Bay hơi phim chống phản xạ
Tỷ lệ mất năng lượng ánh sáng phản xạ trên bề mặt silicon là khoảng 1/3. Để giảm sự phản xạ ánh sáng trên bề mặt silicon, một màng chống phản xạ silicon dioxide, titan dioxide hoặc tantali pentoxide nên được làm bay hơi trên bề mặt silicon bằng phương pháp phủ chân không. Trong số đó, quy trình làm bay hơi màng silicon dioxide đã ngày càng phát triển và dễ sản xuất, thường được ứng dụng trong quy trình sản xuất hiện nay. Phim chống phản xạ có thể cải thiện tỷ lệ sử dụng năng lượng ánh sáng của pin mặt trời và tăng sản lượng điện của pin.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: kiểm tra và thử nghiệm
Pin được sản xuất thông qua các quy trình trên phải được kiểm tra trước khi đưa vào kho lưu trữ như pin thành phẩm để kiểm tra xem chất lượng của chúng có đạt tiêu chuẩn hay không. Thử nghiệm chính trong sản xuất là đường cong đặc tính vôn-ampe của pin. Từ đường cong này, có thể biết được các thông số như dòng điện ngắn mạch, điện áp hở mạch, công suất đầu ra tối đa và điện trở nối tiếp của ắc quy.
Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời: đóng gói các mô-đun pin năng lượng mặt trời
Trong thực tế sử dụng, các pin năng lượng mặt trời đơn khối nên được nối tiếp và ghép song song, niêm phong trong một vỏ bọc trong suốt và lắp ráp thành một mô-đun pin năng lượng mặt trời. Việc lắp ráp niêm phong này ngăn chặn sự ăn mòn của khí quyển và kéo dài tuổi thọ của pin. Các mô-đun được nối tiếp và song song để tạo thành một mảng pin năng lượng mặt trời có công suất đầu ra nhất định.
Wafer được ghép lại với nhau để tạo thành một Mô-đun pin năng lượng mặt trời có công suất mong muốn.
Mô-đun pin năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần như kính cường lực, EVA, bảng tính và khung.
- Kính cường lực bảo vệ Wafer khỏi các tác động bên ngoài như va đập, bụi bẩn, độ ẩm và hóa chất.
- EVA là vật liệu dẻo có tác dụng kết dính Wafer với kính và bảng tính.
- Bảng tính là vật liệu cách điện có tác dụng ngăn chặn sự xâm nhập của không khí và nước vào Wafer.
- Khung là vật liệu kim loại có tác dụng cố định và hỗ trợ cho Mô-đun pin năng lượng mặt trời khi lắp đặt.
Đó là quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời từ Silicon. Qua các bước này, ta có thể hiểu được cách thức hoạt động của pin năng lượng mặt trời và những yếu tố quan trọng trong việc duy trì và cải thiện chất lượng của sản phẩm. Pin năng lượng mặt trời là một giải pháp tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người về điện năng. Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có thêm kiến thức về quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời và có thể áp dụng vào thực tế khi cần thiết. Cảm ơn bạn đã theo dõi!