Applications of Photovoltaic Technologies

Applications of Photovoltaic Technologies

2

單 ( 多 ) 晶矽太陽能電池的製程技術

以規則性以及週期性進行三度空間分布地排列而成的鑽石結構

鑽石結構

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Si 的結晶型態

非晶矽的、多晶矽的、以及單晶矽的三種不同的結晶型態

非晶矽 多晶矽 單晶矽

4

Solar PV Chain

• There are several steps from raw material to power systems

MG-Si

Silica

Purification CastingSurface

treatment assembly

5

矽的製造過程

冶金級矽(MG-Si)

多晶矽原料(Poly-Si)

矽(Quartz)

單晶矽(sc-Si)

多晶矽(mc-Si)

西門子製程乙西爾製程

CZ

FZCastingRibbon

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冶金級矽 (MG-Si) 的製程 -1

碳 二氧化矽

石墨棒電極

電力

粉塵

冷水熱水

研磨

冶金矽廢渣

澆鑄成形

精煉

液態矽

進料

排氣

過濾塔

冶金級矽材料的製程流程 - 碳熱還原製程法的示意圖

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碳熱還原製程 (Carbothermic Reduction Process)

主反應SiO2(s) 2C(s) Si(l) 2CO(g) CO2(g)

副反應Si(l) 1/2O2(g) SiO(g)SiO(g) 1/2O2 SiO2(s)

冶金級矽 (MG-Si) 的製程 -2

8

碳熱還原製程 (Carbothermic Reduction Process) 在內層高溫熱區：反應溫度在 1,900~2,100C

2SiO2(l) SiC(s) 3SiO(g) CO(g)SiO (g) SiC(s) 2Si(l) CO(g)

在外層低溫冷區：反應溫度小於 1900C

SiO(g) 2C SiC(s) CO(g)2SiO(g) Si(l) SiO2(s)

冶金級矽 (MG-Si) 的製程 -3

9

冶金級矽 (MG-Si)

Si 的純量約為 98.5%不存物如下所列

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鑄型壓碎製程 (Casting Scratch Process)

入口( 三氯矽烷與氫氣 )

反應氣體入口

電極連接線

冷卻水

內套壁

外套蓋

冷卻水系統

多晶矽棒

冶金矽

乾氯化氫

( 三氯矽烷 )化學合成

三氯矽烷四氯矽烷

多晶矽蒸餾純化與分離

( 三氯矽烷 )

三氯矽烷二次純化處理

熱裂解處理

純三氯矽烷

超純三氯矽烷

氣體回收與純化

殘留物

四氯矽烷

低熔點不純物

三氯矽烷＋四氯矽烷

鹽酸

氫 混合氣體

氫

西門子 (Simen) 製程法的製作流程示意圖

多晶矽原料 (Poly-Si) 的製程示意圖

第五章　單晶矽及多晶矽太陽能電池　 P11

多晶矽原料 (Poly-Si) 的製程 -1

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精煉製程 (Refining Process)

其主要的反應式如下：3(SiO2) 4Al 3Si(l) 2(Al2O3)SiO2 2Ca Si(l) 2(CaO)SiO2 2Mg Si(l) 2(MgO)Si(l) O2 (SiO2)

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鑄型壓碎製程 (Casting Scratch Process)

第一階段化學反應式Si(s)3HClSiHCl3H2Si(s) 4HCl SiCl4 2H2

SiCl4 H2 SiHCl3 HCl3SiCl4 2H2Si 4SiHCl3

2SiHCl3 SiCl4 Si 2HCl

多晶矽原料 (Poly-Si) 的製程 -2

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鑄型壓碎製程 (Casting Scratch Process)

第二階段化學反應式2SiHCl3 SiH2Cl2 SiCl4

SiH2Cl2 Si 2HClHSiCl3 H2 Si 3HClHSiCl3 HCl SiCl4 H2

多晶矽原料 (Poly-Si) 的製程 -3

14 乙西爾製程法的製作流程示意圖

排氣矽晶種

熱氫氣矽烷

矽晶粒

2 4

4 4 4 4

2H M Al AlMHSiF AlMH SiF AlMHM Na Li是 或

多晶矽原料 (Poly-Si) 的製程示意圖

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Solar cell – Sand to Si•Silica

•Metallic Silica

•Refining

•Tricholoro Silicane•Deposition

•Polycrystalline Si

Addition of B or P

•Single crystalline Si

•Single crystalline • Si Wafer

•Melting

•Slicing

• Multi-crystalline Si

• Multi-crystalline Si wafer

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單晶矽的製程技術

柴可夫斯基長晶法 (a) 以及浮動帶熔融長晶法 (b)

(1)多晶矽置入耐高溫坩鍋

(3)晶圓背成長

(5)晶圓柱體拉晶

(2)

( 1400 C)晶種置入熔融矽液之中溫度

(4)晶圓柱體成長

(6)晶體尾端成長

氬

晶種固定器

晶種

單晶體柱

矽坩鍋

石墨基底

固 -液接面

(a)

熔融區

多晶矽供應棒

熔融區晶體柱

晶種晶種固定器

(b)

感應線圈感應線圈

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Czochralski (CZ) process: (CZ Si wafer)

18

Production of mc-Si

mc-Si ingot

Si melt

Heat exchanger

Direction solidificationPoly Si

19

20

Dicing of mc-Si

線鋸 (Wire sawing)

mc-Si block

mc-Si wafer

切塊 (Dicing)

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Si ribbons (wafers)

Reducing material consumption by:

1.Producing thinner wafers

2.Reducing kerf loss

• Wafer thickenss < 250 m• Very low kerf loss• Efficiency over 14%

EFG growthMethods of producing Si ribbons

1.The edge defined film fed growth

process (EFG)

2.Ribbon growth on substrate (RGS)

3.Silicon sheets from powder (SSP)

SSP growth

Si sheet from powder

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1. 清洗蝕刻

2. 磷擴散

3. 鍍抗反射層

P-type wafer

結晶矽太陽電池製程步驟例 (I)

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4. 網印

5. 燒結

結晶矽太陽電池製程步驟例 (II)

台灣太陽光電廠商供應情形

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