МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э.
БАУМАНА
Факультет «Машиностроительных
технологий»
Кафедра «Электронных технологий в
машиностроении»
Курсовой проект
по курсу: «Элионные технологии»
на тему:
«Технология изготовления фотоэлектрических
кремниевых солнечных коллекторов»
Выполнила:
Миронова А.К.,
группа МТ11-82
Руководитель:
Бычков С.П.
Москва, 2013год
ЗАДАЧИ:
o
o
o
o
o
Провести технологический анализ изделия.
Проанализировать существующую технологию
изготовления фотоэлектрических элементов.
Рассмотреть технологическую операцию
«диффузия».
Проанализировать зависимость глубины
легированного слоя от времени и температуры.
Разработать оснастку для процесса диффузии с
использованием ТПИ.
СРАВНЕНИЕ И УСТРОЙСТВО СОЛНЕЧНЫХ
МОДУЛЕЙ
Солнечный элемент
Технология
Кристаллический
кремний
Тонкопленочные
модули
Разновидности
технологии
Монокристаллический
кремний
Поликристаллический
кремний
Аморфный кремний
Теллурид кадмия
80%-85%
72%-78%
выше (-0,4-0,5%/градус)
ниже (-0,1-0,2%/градус)
73%-82%
60%-68%
Отношение напряжения
в рабочей точке к
напряжению холостого
хода (Vmp/ Voc)
Температурные
коэффициенты
Заполнение вольтамперной
характеристики
Конструкция модуля
КПД модуля
Совместимость с
инверторами
в раме из анодированного
алюминия
13%-19%
Чем меньше температурный
коэффициент, тем лучше.
Можно использовать
бестрансформаторные
инверторы
Монтажные конструкции
Типовые
Типовое применение
Жилые дома/Коммерческие
объекты/Генерация в сеть
Требуемая площадь
около 150 Вт/м2
Стоимость
Мококрист. – 2$
Поликрист. – 0,9$
без рамы, между 2 стеклами
Солнечный модуль
4%- 12%
Обычно для тонкопленочных
модулей требуется инвертор с
гальванической развязкой
Типовые, но могут
потребоваться специальные
зажимы или крепеж. Во
многих случаях стоимость
установки намного меньше
Жилые дома/Коммерческие
объекты/Генерация в сеть
может потребоваться до 50%
больше площади для той же
мощности
0,7-40$
Солнечная
пластина
ЭТАПЫ ПРОИЗВОДСТВА СОЛНЕЧНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ
Подготовка
кремниевой пластины,
очистка ее после
резки,
промывка
Схема процесса УЗочистки в протоке:
1-ванна;
2-кассета с
пластинами; 3концентратор;
4-УЗ-генератор;
5магнитострикционный
излучатель
Оборудование для
выполнения
жидкостной
химической
обработки(удаление
повреждений при
Т=20°C,
резке) t=2мин.
RENA
InTex(Германия).
Диффузионная печь DESPATCH
T=900÷1200ºC, t=20÷80мин P=Па,
напускаемые газы
Зависимость коэффициентов
диффузии от температуры для
легирующих примесей.
Создание металлических контактов
на обратной стороне, сушка и
вжигание, создание контактов на
лицевой стороне пластины
Можно выполнить методом
трафаретной печати
(например, на принтерах
компании BACCINI), после
чего пасту сушат в печах
Т=1000°C, t=10-15с.
DESPATCH
Легирование, нанесение фосфора,
диффузия фосфора, вжигание
Структурирование
поверхности пластины,
создание топологии на ее
поверхности, травление
Нанесение
антиотражающего
слоя SiN
Производится на
оборудовании
Roth&Rau путем
ускоренного плазмохимического напыления из
газовой фазы, в
специальных трубчатых
Т=1000°C
печах.
250°C/сек.
P= Торр
Создание р-n-перехода, изолирование
его,
удаление ненужных слоев
Установка RENA InOx эффективно
снимает ненужные слои
фосфосиликатного стекла
(необходимо для повышения
производительности),
а также выполняет
дополнительную
очистку пластин
перед осаждением
нитрида кремния
Выравнивание пластины, проверка и тестирование
После всех этих процессов практически в 100% случаев пластина приобретает изгиб вследствие термического
напряжения различных материалов; избавиться от него необходимо, чтобы в дальнейшем, при встраивании
пластин в модули, не произошла их поломка.
Система быстрого термического шока DESPATCH серии IL-RTS. Эта система
имеет несколько рабочих зон, где пластины сначала подвергаются очень
резкому охлаждению–до -70 °С, а потом – нагреванию до +200 °С, t=20мин. Эта
установка позволяет значительно снизить риск растрескивания пластин при
дальнейшей работе с ними, а также позволяет расширить список
используемых для печати паст.
УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФФУЗИИ ФОСФОРА
Диффузионная печь
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
1- автозагрузчики;
2-пульт программного управления;
3-устройство газового
распределения;
4-диффузионные однозонные печи;
5-блок пылезащиты;
6-камера вытяжки;
7-пульты управления
автозагрузчиками
Зависимость глубины залегания p – n
перехода от времени проведения диффузии
для ТПИ
t,
xjсред,
№ Т,°С
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
920
950
980
мин
20
40
60
80
20
40
60
80
20
40
60
80
мкм
0,2
0,32
0,54
0,7
0,40
0,63
0,85
1,06
0,62
0,90
1,16
1,45
-
газовая система;
источник примеси;
кварцевая труба;
кремниевые пластины;
нагреватель;
выходное отверстие.
Установка ТПИ и пластин
кремния в кварцевой кассете
на поверхности:
2P2O5 + 5Si → 5SiO2 + 4P
1-кварцевая кассета;2-твердый планарный источник;
3-пластины кремния;4-пары Р2О5
Профили распределения фосфора в
Si после двухстадийной диффузии.
УСТАНОВКИ
2
4
1
3
T=600÷1000ºC
VP
v=2м/час
i=1/5
3
i=1/3
0
i=1/5
3
М
1-система для напуска рабочего газа(баллон с газом,
редуктор газа, клапан)
2-вытяжная система
3-пластины
4-двухзонная печь
VP-пневматический клапан
M-мотор, n=1500 об/мин
Диффудент может быть нанесен на поверхность пластины или введен в виде пара или газа в носитель,
а так же расположен непосредственно рядом с пластинами в качестве твердого планарного источника
Этап загонки
Этап разгонки
Температ.,
Т
Поверхностное
сопротивление,
RS
Глубин
а
диффу
з., xJ
Подаваемые газы
Время, t
Температ.
,Т
Поверхностное
сопротивление,
RS
1
O 2=37,8±0,5 л/ч; N2=740
л/ч; H2 =7,5 л/ч
20 минут
900°С
0,2±0,1 Ом/см
О2=37,8±0,5 л/ч;
N2 =740 л/ч
20
минут
1000°С
0,13±0,05 Ом/см
1,08
мкм
2
O2=37,8±0,5 л/ч; N2=740
л/ч; H 2=7,5 л/ч
30 минут
925°С
0,3±0,1 Ом/см
O2=37,8±0,5 л/ч;
N2=740 л/ч
30
минут
1050°С
0,15±0,05 Ом/см
1,13
мкм
3
O2=37,8±0,5 л/ч; N2=740
л/ч; Н2=7,5 л/ч
40 минут
950°С
0,41±0,1 Ом/см
O2=37,8±0,5 л/ч;
N2=740 л/ч
40
минут
1080°С
0,18±0,05 Ом/см
1,26
мкм
4
O2=37,8±0,5 л/ч; N2=740
л/ч; H 2=7,5 л/ч
50 минут
980°С
0,48±0,1 Ом/см
O2=37,8±0,5 л/ч;
N2=740 л/ч
50
минут
1100°С
0,20±0,05 Ом/см
1,55
мкм
№
Подаваемые газы
Время, t
КВАРЦЕВАЯ КАССЕТА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ
КРЕМНИЕВЫХ ПЛАСТИН ВНУТРИ ДИФФУЗИОННОЙ
ПЕЧИ
ВЫВОДЫ:
Для легирования кремниевых солнечных
ячеек лучше подходит метод диффузии
Метод диффузии с использованием ТПИ
является наиболее оптимальным
При проведении диффузии для избежания
попадания вредных примесей в пластину
подходит кварцевая кассета
Глубина легированного слоя зависит от
температуры и времени выдержки
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
