הסיליקון שולט בתעשיית הפוטובולטאית כחומר היסוד לרוב העצום של תאים סולאריים המיוצרים כיום.התכונות המוליכים למחצה הבלתי-מעניינות הבלתי-מעניינות המדהימה שלה, בשילוב עם שפע וטכניקות עיבוד בוגרות, הופכים אותה לבחירה ברירת מחדל.עם זאת, סיליקון טהור בלבד אינו יכול להמיר ביעילות את השמש לתוך חשמל.היכולת בדיוק לשנות את המאפיינים החשמליים שלה באמצעות תהליך הנקרא doping הייתה הגורם החשוב ביותר בהפיכת סיליקון ממשי לאטומים של אנרגיה סולארית, אשר מאפשר שינוי יעיל של תכונות מתכתית פשוטה של מערכת העיכול.

Doping: Converting Intrinsic Silicon into a Active Semiconductor

סיליקון פנימי, עם המבנה הקריסטל המושלם של אטומי סיליקון כל מחובר לארבע שכנים, מתנהג כמו אינסולטור באפס מוחלט ורק חלש מבצע חשמל בטמפרטורת החדר בשל זוגות אלקטרו-חוריים שנוצרו תרמיים.ההתנהגות שלו נמוכה מדי מכדי לייצר זרם יעיל של זרם אלקטרונים. Doping injects מבוקר כמויות של אטומי עטוות או משולשות אשר מחליפים סיליקון ב- lceatti, או מחוזק אלקטרונים דרמטי, או ממוליך.

N-Type Doping: Meets Overess Negative Carrier

(ב) סיליקון עם אלמנטים מהקבוצה V של השולחן המחזורי, כגון:0 (FLT:0) זרחן (FLT:2arsenicph 3, או (FLT:4antimonyhilFLT:5), מספק אלקטרון בעל ערך נוסף שאינו נחוץ עבור חיבור שווה.

P-Type Doping: Creating Holes as Positive Carrier

(ב) , (ב) ,2galliumFLT 3:0) ,[דרוש מקור], ו[0] ,[דרוש מקור] ,[32] ,[32] ,[32] ,[32] ,[32] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

טכניקות ייצור תאים סולאריים

שתי שיטות עיקריות מועסקות כדי להציג דופיטים לתוך סיליקון בקנה מידה תעשייתי: דיפוזיה תרמית ושתלת יון.כל אחד מציע יתרונות ברורים עבור חלקים שונים של מבנה התא.

המונחים: iffusion

הטבולית של ה-[[1924]] כוללת חשיפת סיליקון מפלט לגז או מקור מוצק בטמפרטורות גבוהות (850-1050°C) אטומי הדופנט מתרבים אל פני השטח הסיליקון, ויוצרים שכבת דו-פדים כבדה.עבור פליטות מסוג N-type, phosphorus oxychloride (POFreatrated:03LTFreapleure 1) או LT2Framir) הם בדרך כלל לא מתאימים ל-Feric;

Ion Implantation

השתלת Ion מאיצה את נקודות הבלוטות לאנרגיות גבוהות ומכוון אותן לתוך סיליקון wfer.טכניקה זו מציעה דיוק שאין דומה על עומק וריכוז, המאפשר יצירת צומתים רדודים מאוד ופרופילים מורכבים dopant.It חיוני עבור ארכיטקטורות תאים מתקדמות כמו שילוב אחורי (IBC) ועברת פולטים מחדש תאים עם זאת, עם זאת, לחץ גבוה, דורש נזקי מחזורי, לעתים קרובות, אך ורקמות גבוהה, אך דורש נזק מנקה, אך ורקדנציה גבוהה.

שינוי תכונות חשמל עבור ביצועי תאים סולאריים

התכונות החשמליות של סיליקון דופד ישירות לקבוע את פעולת תאים סולאריים. פרמטרים מרכזיים השולטים כוללים ריכוז רוב ומיעוט נושאות נושא, מוליכות, ופוטנציאל חשמלי בנוי.

ריכוז והתנהלות

(ב) מספר נושאי תשלום חינם (הופנה מהדף סיליקון) (הופנה מהדף אטומים) (הופנה מהדף אטומים) (ה- 0; 15) ב- 10 ס"מ:2163FLT 3 3 אטומים/CMREFLT3: 3,4194) עדיין יש התנגדות בינונית (DLTF) ו-DV3103)

נושא קטן כל החיים ושיקום

[הההפסקה המופרכת] מפחיתה את חיי נושא המיעוט - הזמן הממוצע של אלקטרון או חור יכול להתקיים לפני recombining - כי מינון כבד מציג פגמים ומגדיל את השיקום של Auger, אלקטרון ובור יכול להתקיים לפני העברת אנרגיה להובלת נושא חופשי אחר, ולא פולט אור, אשר הופך חמור בריכוזים של מעל 10LTF:0reapleird בדיוק לאטומים / F2D2R2ter, אך לעתים קרובות מאוד, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, אך הוא צורך לשלוט על פני כדור הארץ, אך הוא צורך בכבדים, אך ורק כדי למזער תאים קלים יותר, אך ורק לאחר מכן, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000:

נבנה-בפוטנציאל פתוח-Circuit Voltage

(הופנה מהדף ⁇ ) ; צומת ה-p-n מהווה את לב התא הסולארי (הבדל בריכוזים דו-פעמיים) בין בסיס ה-p-type לבין n-type פולט שדה חשמלי בנוי מ-CMin המפריד בין זוגות של אלקטרו-סגולה (Vir) מספר 3,5), אשר פועל רק על פני השטח העליון של 10:2FLT2, כולל:

אדריכלות מתקדמת בתאים סולאריים מודרניים

שיפור מתמיד ביעילות תאים סולאריים מסתמכ על תוכניות מינון מתוחכמות יותר ויותר. להלן הם חידושים מרכזיים המנצלים את Modulation.

Emitter

פולטים הומוגניים סטנדרטיים יש מינון אחיד על פני השטח הקדמי כולו. פולטים נבחרים יוצרים אזורים דופדים כבדים רק כאשר אנשי הקשר מתכת יוקמו, ו מינון קל יותר, רדום יותר ביניהם. זה מקטין את ההחלמה על פני השטח תוך שמירה על התנגדות מגע נמוכה.ד.ד. שיטות ייצור כוללות שימוש לייזר, וכו 'h-back תהליכים, או באמצעות מחסומים דיפוזיה.טכניקה זו בדרך כלל מגבירה על ידי יעילות של 0.3-C-1.5-מטר ו-מטר (R) הוא משותף (R) הוא יעיל (R) ו-D) הוא יעיל לחלוטין תהליכי ייצור משותף (R) הוא יעיל (R) ו-HD-D.

Back Surface Field (BSF) ו- Full Rear Passivation

בתאים מסורתיים, שכבת p+ גבוהה מאוד בחלק האחורי (שדה פני השטח האחורי) דוחת ספקים מיעוט הרחק מן המגע האחורי, צמצום ריבאומנטציה. תאים מודרניים PERC להחליף את זה עם שכבת dielectric עובר מגע מקומי, לעתים קרובות עם BSF סלקטיבית רק תחת נקודות מגע. עבור תאים מתקדמים N-type, pron-dif מבולטת + אחורית לשימושים דומים כדי לקליטת שכבות דומות כדי למזעריות.

היטלורודור עם שכבת הרדמה אינטריאנית (HJT) Cells

תאי HJT יוצאים מן הצורות המסורתיות על ידי להפקיד שכבת סיליקון דוטרית דקת בין סיליקון קריסטל סיליקון wfer ו doped amorphous סיליקון שכבות.השימוש של השכבות amorphous הוא קריטי: p-type amorphous סיליקון משטח הוא צורות חיים, ושכבה n- n-type יוצר את השכבה intrinsic Passic Passing הוא קריטי מאוד, המאפשרת מתח מתקדם באיכות גבוהה.

מערכת יחסים חוזרת (IBC) Cells

בתאי IBC, הן אזורי p-type והן N-type מוצבים בצד האחורי של התא, חיסול של מרשתות מתכת הקדמיות.זה דורש מדרגות ליתוגרפיה מורכבות או הדפסה מסך כדי דפוס לשנות פסים doped.פרופיל doping חייב להיות מדויק מאוד: אזורים דופדים כבדים תחת מגעים תחת קוקס עם אזורים קלים doped כי למזער recomizing מחדש של תאים גדולים יותר, לעתים קרובות יש צורך להשיג את המורכבות הגבוהה ביותר של חומרים.

שליטה בפרופילים: Diffusion, Annealing, ו-Co-Doping

יצירת פרופיל Dopant האידיאלי דורש הנדסה זהירה של תהליך דיפוזיה או השתלה יחד עם טיפול לאחר עיבוד.

מעבדי Drive-In ו-Oxidation Cycles

לאחר שפיכתו, דחף עתיר-בטן מפיץ את הדופן עמוק יותר לתוך הוואפר.הטמפרטורה והגז המבלבל (oxygen, חנקן, או תערובת) לשלוט הן בעומק והן בריכוז פני השטח. Oxidation במהלך הכונן-in יכול לצרוך חלק משטח סיליקון, המשפיע על פרופיל הבלוטות הסופי.

« מהיר Thermal Annealing

עיבוד תרמי מהיר (RTP) מחמם את הוואפר למשך זמן קצר (שניות עד דקות) כדי להפעיל דופינים מושתלים עם דיפוזיה מינימלית נוספת.זה מאפשר צומתים מאוד רדודים, פתאומיים כי הם אידיאליים עבור תאים מצופים היטב. RTP הוא חיוני עבור IBC ועיצובי PERC+ מתקדמים.

קו-דופינג ופיצול

במקביל, עם שני רכיבי N-type ו- p-type יכול מהנדס פרופילים התנגדות ספציפיים או ליצור חומר פיצויי.זה משמש לעתים בסיליקון רב-קריסטלליין כדי להפחית את ההשפעות של precipitate חמצן, או במכשירים מיוחדים כמו דיודות עקפות.עם זאת, פיצוי מציג מרכזי פיזור נוספים שיכולים להפחית את הניידות, ולכן השימוש שלה הוא מוגבל.

השפעה על אחריות תאים סולאריים ודהגרדציה

מינון לא רק משפיע על הביצועים הראשוניים, אלא גם משפיע על יציבות ארוכת טווח. השפלה הנגרמת לאור (LID) ועל השפלה מוגברת של טמפרטורה (LeTID) מקושרים מאוד למתחמי בורון-אוקסגן ב p-doped p-doped p-doped p-doped p-p wfers. Gallium doping או השימוש בסיליקון מסוג n-p (בדרך כלל phosphorus-doped) נמנעים מבעיה זו, ומובילהת ליציבות גבוהה יותר.

יתר על כן, דיפוזיה דונט במהלך עיבוד עתירי גבוה יכול לגרום התנועה צומת לא רצוי, במיוחד עבור פולטים רדודים.התחממות יתר יכול גם להוביל להיווצרות של precipitates סיליקון-dopant כי לפעול כמרכזי recombination.עדיף תקציבים תרמיים חיוניים לשמירה על פרופילים מבוקרים.

כיוונים עתידיים ב-Doping for Silicon Solar Cells

בעוד התעשייה דוחפת ל-26% ויעילות גבוהה יותר, הדוגמת ממשיכה להתפתח.

  • (FLT:0)Ultra-shallow, צומת נמוך של זיכרון: 1FreaLT שימוש בלייזר doping או מנהרה תחבורת תחמוצת-הפחה כדי ליצור קשרים הממזערים את השיקום תוך שמירה על התנגדות סדרה נמוכה.
  • (FLT:0) בורון-דאם מבולטים על קשקשים מסוג n-type:teauFLT:1 תאים n-type עם בורון פולטים נמנעים מפגמים B-O ומאפשרים יעילות גבוהה יותר; אימוץ תעשייתי גדל.
  • (FLT:0) הערכת מינון ללא מגע: FLT:1טכניקה כמו photoluminescence ו מיפוי חד-משמעי מאפשר ניטור קו של אחידות doping ללא בדיקות הרסניות.
  • (ב) ⁇ :0) ביצוע הדפסה תוך כדי הדפסה ופירוק אווירול: FLT:1 גישות אדפטיות הפקדה dopant-כילה המכילה דיו רק במידת הצורך, צמצום הפסולת ומאפשר דפוסים מורכבים.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
"הנדסה של פרופילי הפינג הפכה חשובה ככל שהאיכות החומרית הבסיסית עצמה.עם ארכיטקטורות תאים מתקדמות, ההבדל בין 22% ל-25% יעיל לעתים קרובות הוא כיצד האטומים הדונוטרים מופצות על פני המכשיר." ~ מרטין ירוק, חלוצים חוקר פוטו-וולטאיים 1LT:1

שיקולים מעשיים ליצרנים

יישום אופטימלי כרוך סחרחורת בתוך תפוקה, עלות, ותשואות.לדוגמה, השתלת יון היא איטית יותר ויותר הון-רגיש יותר מאשר פיזור צינור, אבל מציע שליטה טובה יותר עבור תאים בעלי יעילות גבוהה. פולטים סלקטינים בוחרים להוסיף כמה שלבים אבל לשחזר את העלות באמצעות יעילות.הבחירה של dopant תלויה גם על יציבות שרשרת האספקה; זרחן ובעבועות רוח יקרות יותר, אבל הם פחות רימונים נפוצים.

היבט מעשי נוסף הוא הסרת הזכוכית של זרחן (PSG) או זכוכית בורוסיליאט (BSG) שנוצרה במהלך דיפוזיה.משקפיים אלה חייבים להיות מפורקים לפני עיבוד מאוחר, וכל שאריות יכולות להשפיע לרעה על המעבר. Inline ניטור של התנגדות באמצעות בדיקת ארבעה נקודות או שיטות לא מגע מבטיח כי dopantity עומדות בפני מפרטים.

מסקנה

מינון נשאר הכלי הבסיסי של התאמת תכונות החשמל של סיליקון בתאים סולאריים.מהיווצרות הבסיסית של צומת p-n לאדריכלות מתקדמות של PERC, TOPCon, ו- IBC, שליטה מדויקת על סוג dopant, ריכוז, והפצה קובעת יעילות ישירות, עלות ואמינות.המשחק בין מוליכות, חיזוק, ודרישות טבעיות זהירות - לעשות אופטימיזציה מהירה יותר כדי להפחית את הטכניקות של לחץ החיים, כולל לחץ דם מהיר, כולל .