Quy trình sản xuất tấm pin mặt trời như thế nào?

Khi nói về việc linh kiện lắp đặt điện mặt trời thì không thể nào thiếu thiết bị quang trọng này. Nó giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành nguồn điện cung cấp cho hệ thống. Và bài viết dưới đây sẽ giúp mọi người hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời được thực hiện như thế nào. Và cấu tạo của nó từ những vật liệu nào tạo nên tấm panel solar này!

Vật liệu tạo nên Solar Cell

Để sản xuất liệu chính để tạo nên các solar cell đó chính là silicon tinh khiết. Tuy nhiên, trong trang thái tự nhiên thì thường rất thô và có thể nói là chúng có nguồn gốc từ silicon dioxit như một loại đá thạch anh (silica tinh khiết nhất) hay cũng có thể là thạch anh nghiền.

Quy trình tạo ra tế bào quang điện

Cách tạo silicon tinh khiết

Việc các tế bào quang điện đầu tiền sẽ đặt các nguyên liệu thô trên lò nung quang điện hình cung. Đó là nơi mà cacbon hình cung được sử dụng để giải phóng oxy. Khi mà sản phẩm này là quá trình carbon dioxide và silicon nóng chảy. Thì khi đó sẽ có tạp chất trong silicon là 1% chưa đủ đảm bảo độ tinh khiết để tạo tế bào quang điện, cần phải trải quá nhiều quá trình để có thể làm sạch hoàn toàn thêm nữa.

Với 99% silicon tinh khiết còn lại sẽ được tinh chế bằng cách sử dụng kỹ thuật floating zone để tiến hành tạo ra các tấm cell. Thanh silicon không tinh khiết sẽ truyền qua khu vực được gia nhiệt nhiều lần trong cùng một hướng. Mỗi một lần thông qua khu vực này sẽ kéo các tạp chất hướng tới một đầu lúc silicon đã được làm sạch hoàn toàn tinh khiết còn đầu chứa tạp chất được loại bỏ.

Tạo silicon đơn tinh thể

Các pin quang điện được làm từ cách thỏi silicon có dạng hình trụ, có cấu trúc nguyên tư đơn tinh thể được làm từ quy trình tên Czochralski. Trong quy trình này thì một hạt đơn tinh thể được nhúng vào silicon đa tinh thể là nóng chảy. Khi hạt tinh thể rút lại và xoay vòng thành phôi hình trụ hay buole của được hình thành. Phôi thu được cũng sẽ chưa chắc tinh khiết, bởi các tạp chất vẫn còn trong chất lỏng bên trong.

Tạo tấm bán dẫn silic

Và từ phôi hình trụ, thì sử dụng cưa để cắt thỏi silicon này thành từng tấm bán dẫn silic hay có thể cắt nhiều lát cùng lúc bằng cưa đa dây. Thông thường thì các loại cưa chất bán dẫn thường có dạng hình kim cương tạo ra các vét cắt rộng và dày 5 milimet.

Chi khoảng một nữa là silicon bị mất từ phôi hình trụ bang đầu đến lát hình trong đã hoàn thành hay có thể là nhiều hơn nếu như các tấm bán dẫ silic được cắt thành hình chữ nhật hay có thể hình lục giác. Các tấm bán dẫn này đôi khi được sử dụng để tạo ra các cell quang điện. Chúng có thể được gắn với nhau một cách hoàn hảo để có thẻ tận dụng tất cả các không gain có trên bền mặt phía trước của pin.

Tiếp đến là các tấm dẫn được đánh bóng để có thể loại bỏ các dấu cưa. Do đó, thời điểm người ta có thể nhận ra các tết bào thô rpas để hấp thụ ánh sáng mặt tốt hơn. Do đó, sẽ có một vài nhà sản xuất đã quả qua các quá trình đánh bóng tấm bán dẫn tốt nhất.

Quá trình pha tạp (doping)

Khi mà các silicj tinh khiết được pha tạp chất phốt pho và boron để có thể tạo ra lượng electron dư thừa và sử dụng sự thiếu hụt electrong tương ứng sẽ tạo chất bán dẫn có khả năng có thể dẫn điện. Sau quá trình Czochralski thì các tấm bán dẫn được hàn kín lại và được đặt trong lò nung; để gia nhiệt nhẹ nhàng dưới điểm nóng chảy là 2.570 độ F hay 1.410 độ C cùng với sự hiện diện của khí photpho.

Khi các nguyên tử photpho đào bên trong silicon xốp hơn vì có thể là nó gần như là trở thành chất lỏng. Và nhiệt độ cho thời gian để có thể kiểm soát cẩn thận đường nuối đồng nhất và có độ sâu thích hợp. Trong những năm gầy đây thì người ta thường pha silicon với photpho bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để làm nhiềm vụ bắn các ion phốt phô và thỏi. Bằng việc kiểm soát tốc độ bắn các ion có thể kiểm soát được độ thâm nhập của chúng như thế nào. Tuy nhiên, quy trình này sẽ không được sản xuất thương cho quá trình thương mại.

Đặt tiếp điểm điện

Thường tiếp điểm kết nối từng tế bào năng lượng mặt trời với nhau và đến đầu thu của dòng điện đan hoạt động. Những tiếp điểm phải rất mỏng và có thể nói ít nhất là ở phía trước để không chặn ánh sáng mặt trời cùng vào tế bào. Các kim loại như: paladi / bạc, niken hay đồng được hút chân không thông qua quá trình quan khắc gọi là photoresist, in lụa hay chỉ lắng đọng trên phần tiếp xúc của các tế bào được phủ một phần bằng sáp.

Với những cách trên điều liên quan đến một hệ thống gồm một phần của tế bào có tiếp điêm không đòi hỏi được bảo vệ ở phần còn lại khi tiếp xúc với kim loại. Sau khí đặt các tiếp điểm các miếng mỏng được đặt giữa các tế bào và miếng mỏng hiên nay được sử dụng phổ biến từ đồng bọc thiếc.

Phủ lớp chống phản quang

Bảng chất silicon đã sáng bóng do đó việc silicon tinh khiết cũng sẽ sáng hơn bình thường và có thể phả xạ tới 35% ánh sáng mặt trời. Để làm giảm đi lượng ánh sáng mặt trời bị mất đi khi chiếu vào các cell pin thì trên các tấm bán dẫn sẽ được phủ lớp chống phản chiếu.

Điều đặt biệt ở lớp phủ này được làm bàng titan dioxit và silicon oxit chất liệu được sử dụng cho lớp phủ hoặc nóng lên cho đến khi các phân tử của nó bay. Khi đó sẽ di chuyển đến silicon và ngưng tụ hoặc là trải qua quá trình phún xa (sputtering).

Trong quá trình các phóng xạ điện áp cao các phân tử ra khỏi chất liệu để chúng vào silicon ở điện cực. Và cũng có một phương pháp khác cho phép silicon phản ứng các khí chứa oxy hay nitơ để có thể hình thành silicon dioxit hay silicon nitride.

Tạo box cho panel solar

Các tế bào quan điện thì đã hoàn thành sẽ được tạo thành các module lớn theo số kw của nhà sản xuất thiết lập. Sau đó chúng sẽ được đặt vào các khung kim loại bằng nhôm có tấm ốp mặt sau chắc chắn cho pin cùng tấm kính bằng nhựa mỏng có độ bền cao.

Bên trong các khung kim loại sẽ được bảo vệ các cell bằng cao su chứa silicon trong suốt hay nhựa butyryl liên kết xung quanh các tê bào. Sau đó nhúng trong etylen vinyl axetat. Và thực hiện sắp xếp các tế bào năng lượng thành tấm để hoạt động. Với chất silicon được sử dụng giống như một loại xi măng đẻ có thể liên kết các thành phần lại với nhau chắc chắn hơn.

Cách hoạt động tấm pin như thế nào?

Theo các nguyên cứu thì mặt trời phóng ra một lượng lớn năng lượng các dạng photon khác nhau. Và những sóng/hạt chuyển động nhanh có thể mang lại năng lượng dưới dạng nhiệt khi đến với trái đất. Các solar cell sẽ chuyển đổi năng lượng ánh sáng này thành điện năng bằng hiệu ứng quang điện.

Đối với mỗi tấm lợp năng lượng mặt trời được tạo thành từ nhiều tế bào quang điện và mỗi tấm sẽ làm nhiệm vụ chuyển đổi điện mặt trời riêng lẻ với nhau. Và ở trong mỗi tế bào quang điện như thế sẽ có 2 đĩa silicon tích điện khác nhau được kẹp lại theo các để tạo ra điện trường.

Khi mà các photon này từ mặt trời và vào các lát silicon trên tấm cell solar thì sẽ có một phản ứng phá vỡ các hạt nó gọi là hạt electron. Chúng sẽ mang điện tích và đây là những gì tạo ra dòng điện mà chúng ta thu về chuyển đổi để có dòng điện sử dụng cho gia đình.

Thành phần cấu tạo tấm pin mặt trời

Nếu như một cell solar không thì không thể nào sản xuất được lượng điện lớn cho nhu cầu hoạt động được. Nhưng nếu chúng được kết hợp với nhau thì hoạt động của chúng sẽ đem lại một kết quả rất bất ngờ. Vì chúng được kết hợp với nhau và trong mỗi panel solar của một tấm pin lớn để có được số kW điện cần dùng. Vậy một tấm năng lượng mặt trời cần có những gì để có thể hoạt động sản xuất điện sử dụng.

Solar cell

Về solar cell thì đữa được nói ở trên khi chúng được làm từ vật liệu tinh thể silicon (c-Si). Là một loại vật dẫn điện được đánh giá tốt, đi cùng các chất bán dẫn khác nhau được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất thiết bị điện tử hiện nay như: bóng bán dẫn, điốt và mạch điện.

Silicon một nguyên tố được cho là phong phú nhất trên trái đất ở trong các mỏ khai thác đá có chứa hợp chất silic và trải qua một quá trình phức tạp để phá vỡ nguyên liệu thô để thành tinh thể silic tinh khiết. Con Doping là một quá trình phức tạp khác được áp dụng cho một điện tích vào mỗi mặt của tấm silicon trên mạng điện tích dương và mặt dưới điện tích âm. Và các tiện tích này sẽ tạo ra điện trường và thúc đẩy quá trình quan điện và tạo ra điện từ các tấm pin mặt trời.

Lớp phủ chống phản xạ

Việc phản xạ là kẻ thù của tấm pin vì bất kỳ ánh sáng bị phản xạ khỏi tấm pin đều không thể hấp thụ chuyển đổi năng lượng. Do đó, mà các tấm pin có bề ngoài mờ hơn là bóng để có đạt hiệu quả hoạt động cao nhất từ cách hoạt động cụ thể. Để hoàn thiện các tế bào quang điện thì một lớp mỏng của phủ chống thấm sẽ được phủ lên trên. Nhằm giảm sự phản xạ và tạo cho các tế bào silicon mà hơn xanh để nhận biết dễ hơn. Silicon nitride là lớp phủ chống phản xạ được các nhà máy sử dụng phổ biến nhất trong các tấm pin trên thị trường sử dụng.

Vật liệu đóng gói solar cell

Khi mà các solar cell đã hoàn thành quy trình cuối cùng thì chúng sẽ được bảo vệ bở các hợp chất để bọc lại bằng cao su silicon hoặc ethylene-vinyl axetat. Với Cao su silicon là một chất đàn hồi giống như cao su được tạo bởi sự kết hợp silicon với carbon, oxy và hydro. Hợp chất này được sử dụng rộng rãi ở nhiều nhà máy và trên toàn thế giới. Nó sẽ giúp tấm pin không phản ứng và chịu được nhiệt trong môi trường nhiệt dộ cao. Nhằm có thể tiếp nhận được các tế bào nhân được nhận ánh sáng mặt trời tối đa.

Ethylene-vinyl acetate hoặc PEVA cũng là một loại polymer tổng hợp đặc tính của chúng tương tự như cao su silicon cũng là vật liệu thay thế tốt để làm kín các cell pin.

Lắp và liên kết các tế bào quang điện

Bước này nhằm giúp các cell có thể hoạt động cùng lúc với nhau để tạo thành tấm pin bằng các sử dụng các vật liệu đủ để cho phép hoạt động với tuổi thọ dự kiến khoảng 25 năm.

Tầm nền

Dùng để tạp hợp các tế bào kín lại với nhau trên một tấm mặt sau của tấm pin mặt trời. Cấu trúc hỗ trợ thường được làm Mylar hoặc Tedlar. Với Tedlar là polyme polyvinyl florua, còn mylar là viết tắt của vật liệu polyester polyethylene terephthalate định hướng hai trục.

Vật liệu được sản xuất cũng như các đặt tính độc đáo khiến chúng trở nên hoàn hảo nhất để cung cấp độ bền của pin năng lượng mặt trời. Đảm bảo được khả năng chống chọi với mọi trời tiết khắc nhiệt để đem lại độ ổn định.

Khung

Mỗi tấm pin năng lượng đều có phần khung hỗ trợ để hạn chế việc tiếp xúc với các cell pin. Nên chúng cũng được cho là khá quan trong trong việc sử dụng vật liệu ăn mòn và chắc chắn cho khung. Kim loại có giá tốt đều cần thiết là phải sử dụng loại kim loại không bị ăn mòn và không có khả năng bị ăn mòn trong thời gian tiếp xúc.

Và chúng phải đảm bảo rằng không quá năng để có thể lắp được ở trên mái nhà hoặc ở trên giàn cao. Kim loại phù hợp được đánh giá cao hiện này là Nhôm (AL). Cũng như được dùng sản xuất các vật tư đỡ tấm pin năng lượng mặt trời khi đặt vào vị trí sản xuất điện.

Bề Mặt của tấm pin

Việc trong quá trình vận chuyển hoặc sử dụng thì các tấm pin cũng có thể xảy ra tình trang vỡ hoặc nứt. Tuy nhiên, bạn nên biết rằng đó là một phần tấm kính sẽ che mặt trước tấm pin sẽ vỡ trước. Một loại kính đặt biệt được sử dụng nhằm đảm bảo độ an toàn cho các cell hoạt động.

Loại kính cường lực là vật liệu được chọn lựa cho công việc bảo vệ này nó cứng hơn gấp 4 – 5 lần so các loại kính thường. Nó cũng giúp đảm bảo tình trạng khi vỡ không tạo ra các mãnh vơ lởm chởm nguy hiểm. Điều này rất quan trọng cho việc lắp chúng trên mái nhà nếu có bị hỏng chúng rơi xuống mặt đất.

Kính cường lực được sản xuất theo một quy trình đặt biệt bởi việc gia công bằng nhiệt nhanh chóng và làm nguội nhiều lần. Để gia tăng độ bền của kính với các tác động tiếp xúc bên ngoài.

Dây cáp điện

Một loại dây có thể nói là đem lại một sự đảm bảo cần thiết để có thể giúp thu thập và chuyển điện từ nơi này đến nơi khác. Vì vậy, tất cả các tấm pin đề cần phải có dây cáp điện để thực hiện công việc này. Loại dây điện được cho hoạt động tốt và đảm bảo điện năng di chuyển không bị hao hụt được lựa chọn nhiều như: đồng, nhôm… Bởi vì nhôm rẻ hơn đồng nó không dẫn điện mạnh bằng đồng, cho nên hầu hết các loại dây điện sử dụng các kim đồng để làm lõi dây dẫn điện năng lượng mặt trời.

Và chúng được bọc lớp vỏ làm từ vật liệu cách điện để đảm bảo an toàn cho quá trình truyền tải điện năng. Một các khác nó cũng đảm bảo rằng việc sử dụng vật liệu cách điện để tránh được việc sinh nhiệt gây ra tình trạng cháy nổi không an toàn điện.

Và để các tấm pin năng lượng mặt trời có thể hoạt động cùng lúc thì cũng cần chúng liên kết lại với nhau thông qua công mc4. Một các để tập hợp dong điện được sản xuất từ các tấm pin đi đến bộ điều khiến sạc và biến tần để tạo ra dòng điện có thể sử dụng được cho các thiết bị điện trong nhà.

Bài viết liên quan: [Giải mã] Rác pin năng lượng mặt trời có độc không?