سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستالی در حال حاضر پرکاربردترین نوع فناوری فتوولتائیک هستند. ماده اصلی آن سیلیکون پلی کریستالی است و فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستالی حلقه مهمی در کل زنجیره تولید باتری است. در ادامه فرآیند تولید شمش های سیلیکونی پلی کریستالی شامل مراحل کلیدی مانند انتخاب مواد اولیه، ذوب، خنک سازی و تشکیل کریستال به تفصیل معرفی خواهد شد.
1. انتخاب مواد اولیه
اولین قدم در تولید شمش های سیلیکونی پلی کریستالی، انتخاب مواد اولیه سیلیکونی با خلوص بالا است. معمولاً سیلیکون صنعتی (Si) برای حذف ناخالصی ها برای دستیابی به خلوص 99.9999٪ (شش نه) خالص می شود. برای به دست آوردن چنین خلوص بالایی، معمولاً به فناوری های تصفیه پیشرفته مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) نیاز است. انتخاب مواد خام سیلیکونی با خلوص بالا مبنایی برای اطمینان از عملکرد سلول های سیلیکونی پلی کریستالی بعدی است، زیرا ناخالصی ها بر راندمان تبدیل فوتوالکتریک و عمر مفید سلول تأثیر می گذارد.
2. فرآیند ذوب
پس از به دست آوردن مواد اولیه سیلیکونی با خلوص بالا، مرحله بعدی ذوب است. ذوب معمولاً در یک کوره با دمای بالا تا دمای 1400 درجه سانتیگراد انجام می شود. این فرآیند نیاز به مصرف انرژی بالایی دارد، بنابراین انتخاب یک کوره الکتریکی کارآمد کلیدی است. در طی فرآیند ذوب، ساختار کریستالی سیلیکون شکسته شده و تبدیل به سیلیکون مایع می شود. فرآیند ذوب باید دمای یکنواخت را تضمین کند تا از ایجاد حباب یا سایر عیوب جلوگیری شود.
3. سرد شدن و انجماد
سیلیکون مایع ذوب شده باید به تدریج خنک شود تا بتواند مجدداً تبدیل به سیلیکون پلی کریستالی شود. سرعت و دمای خنک‌سازی بسیار مهم است زیرا بر ساختار کریستالی و کیفیت شمش سیلیکون نهایی تأثیر می‌گذارد. در طول فرآیند خنک‌سازی، سیلیکون مایع شروع به انجماد می‌کند تا یک شمش سیلیکونی پلی کریستالی اولیه را تشکیل دهد. این مرحله معمولاً در یک دستگاه خنک کننده مخصوص انجام می شود تا از خنک شدن یکنواخت اطمینان حاصل شود.
4. تشکیل کریستال
در طول فرآیند خنک‌سازی، اتم‌های سیلیکون به‌جای یک ساختار بلوری، دوباره مرتب می‌شوند تا کریستال‌های متعددی را تشکیل دهند. فرآیند تشکیل شمش های سیلیکونی پلی کریستالی شامل کاشت و رشد کریستال است. در طول فرآیند خنک‌سازی، ابتدا ذرات کریستالی کوچک در برخی مناطق تشکیل می‌شوند و با کاهش دما، این ذرات به رشد خود ادامه می‌دهند و در نهایت یک شمش سیلیکونی کامل پلی‌کریستالی را تشکیل می‌دهند. سرعت و زمان خنک کنندگی معقول می تواند اندازه و توزیع کریستال ها را بهینه کند و در نتیجه عملکرد سیلیکون پلی کریستالی را بهبود بخشد.
5. برش و پردازش شمش سیلیکون
پس از سرد شدن شمش سیلیکون پلی کریستالی تا دمای اتاق، برای استفاده در ساخت سلول های خورشیدی باید به برش های نازک بریده شود. این فرآیند معمولاً از یک دستگاه سیم برش با دقت بالا استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که ضخامت ویفر سیلیکونی برش خورده بین 180-200 میکرون است. برای جلوگیری از ضایعات مواد و آسیب به ورق، عملیات دقیق در طول فرآیند برش مورد نیاز است.
6. بازرسی کیفیت
در فرآیند تولید شمش سیلیکون، کنترل کیفیت بسیار مهم است. هر لینک تولید به شدت آزمایش می شود تا اطمینان حاصل شود که خلوص، ساختار کریستالی و خواص فیزیکی شمش های سیلیکون مطابق با استانداردها است. معمولاً از آنالیز طیفی، مشاهده میکروسکوپی و روش‌های دیگر برای انجام یک بازرسی جامع از شمش سیلیکون استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که می‌تواند عملکرد خوبی را در ساخت باتری بعدی نشان دهد.
