เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอน เป็นเทคโนโลยีไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน วัสดุหลักคือซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ และกระบวนการผลิตโพลีคริสตัลไลน์ซิลิคอนเป็นส่วนเชื่อมโยงที่สำคัญในห่วงโซ่การผลิตแบตเตอรี่ทั้งหมด ต่อไปนี้จะแนะนำกระบวนการผลิตแท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์โดยละเอียด รวมถึงขั้นตอนสำคัญ เช่น การเลือกวัตถุดิบ การหลอม การทำความเย็น และการก่อตัวของคริสตัล
1. การคัดสรรวัตถุดิบ
ขั้นตอนแรกในการผลิตแท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์คือการเลือกวัตถุดิบซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยปกติแล้ว ซิลิคอนอุตสาหกรรม (Si) จะถูกทำให้บริสุทธิ์เพื่อขจัดสิ่งเจือปนเพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ 99.9999% (หกเก้า) เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์สูง โดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการทำให้บริสุทธิ์ขั้นสูง เช่น การสะสมไอสารเคมี (CVD) การเลือกวัตถุดิบซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพื้นฐานในการรับรองประสิทธิภาพของเซลล์ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ที่ตามมา เนื่องจากสิ่งเจือปนจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและอายุการใช้งานของเซลล์
2. กระบวนการหลอม
หลังจากได้รับวัตถุดิบซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการหลอมละลาย โดยปกติการหลอมจะดำเนินการในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 1,400°C กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานสูง ดังนั้นการเลือกเตาไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพจึงเป็นสิ่งสำคัญ ในระหว่างกระบวนการหลอม โครงสร้างผลึกของซิลิคอนจะแตกและกลายเป็นซิลิคอนเหลว กระบวนการหลอมต้องทำให้อุณหภูมิสม่ำเสมอเพื่อป้องกันฟองอากาศหรือข้อบกพร่องอื่นๆ
3. การทำความเย็นและการแข็งตัว
ซิลิคอนเหลวที่ละลายจะต้องค่อยๆ เย็นลงเพื่อให้สามารถตกผลึกใหม่เพื่อสร้างซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ได้ ความเร็วและอุณหภูมิของการทำความเย็นมีความสำคัญเนื่องจากส่งผลต่อโครงสร้างผลึกและคุณภาพของแท่งซิลิคอนขั้นสุดท้าย ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น ซิลิคอนเหลวจะเริ่มแข็งตัวจนกลายเป็นแท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์เบื้องต้น ขั้นตอนนี้มักจะดำเนินการในอุปกรณ์ทำความเย็นแบบพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนสม่ำเสมอ
4. การก่อตัวของคริสตัล
ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น อะตอมของซิลิคอนจะจัดเรียงใหม่เพื่อสร้างผลึกหลาย ๆ อันแทนที่จะเป็นโครงสร้างผลึกเดี่ยว กระบวนการก่อตัวของแท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์เกี่ยวข้องกับการเพาะและการเจริญเติบโตของคริสตัล ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น อนุภาคผลึกขนาดเล็กจะก่อตัวเป็นครั้งแรกในบางพื้นที่ และอนุภาคเหล่านี้จะยังคงเติบโตต่อไปเมื่ออุณหภูมิลดลง และในที่สุดก็จะกลายเป็นแท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ที่สมบูรณ์ อัตราและเวลาที่เย็นลงที่เหมาะสมสามารถปรับขนาดและการกระจายตัวของคริสตัลให้เหมาะสมได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์
5. การตัดและการแปรรูปแท่งซิลิคอน
หลังจากที่แท่งซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์เย็นลงถึงอุณหภูมิห้องแล้ว จะต้องหั่นเป็นชิ้นบาง ๆ เพื่อนำไปใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ โดยปกติกระบวนการนี้จะใช้เครื่องตัดลวดที่มีความแม่นยำสูงเพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของเวเฟอร์ซิลิคอนที่ตัดอยู่ระหว่าง 180-200 ไมครอน จำเป็นต้องมีการดำเนินการอย่างระมัดระวังในระหว่างกระบวนการตัดเพื่อหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองวัสดุและความเสียหายต่อแผ่น
6. การตรวจสอบคุณภาพ
ในกระบวนการผลิตแท่งซิลิคอน การควบคุมคุณภาพถือเป็นสิ่งสำคัญ แต่ละลิงค์การผลิตจะได้รับการทดสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าความบริสุทธิ์ โครงสร้างผลึก และคุณสมบัติทางกายภาพของแท่งซิลิคอนตรงตามมาตรฐาน โดยปกติแล้ว การวิเคราะห์สเปกตรัม การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ และวิธีการอื่นๆ จะถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบแท่งซิลิคอนอย่างครอบคลุม เพื่อให้แน่ใจว่าจะสามารถแสดงประสิทธิภาพที่ดีในการผลิตแบตเตอรี่ครั้งต่อไปได้
