Tìm hiểu quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin năng lượng mặt trời là trái tim của hệ thống điện mặt trời, giúp chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng sạch và bền vững. Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời diễn ra như thế nào chưa? Hãy cùng Ectech khám phá quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời từ A đến Z, từ nguyên liệu thô cho đến sản phẩm hoàn thiện, để hiểu rõ hơn về công nghệ tiên tiến này và lý do tại sao nó lại được ưa chuộng trên toàn thế giới.

Nguyên liệu sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời

Sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời đòi hỏi sự kết hợp của nhiều loại nguyên liệu khác nhau, mỗi loại đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ bền của tấm pin. Dưới đây là một số nguyên liệu chính được sử dụng trong quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời:

nguyên liêu sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời
nguyên liêu sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời

Silicon: Silicon là nguyên liệu chính và quan trọng nhất trong sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời. Silicon tinh khiết được sử dụng để tạo ra các tấm wafer, thành phần cơ bản của tế bào quang điện. Có hai loại silicon chính:

  • Silicon đơn tinh thể: Được chế tạo từ một khối silicon duy nhất, loại này có hiệu suất cao nhưng chi phí sản xuất đắt đỏ.
  • Silicon đa tinh thể: Được làm từ các mảnh silicon nhỏ hợp lại, có chi phí thấp hơn nhưng hiệu suất không cao bằng silicon đơn tinh thể.

Photpho và Boron: Để tạo ra các tế bào quang điện có khả năng dẫn điện, silicon phải được pha tạp với các nguyên tố như Photpho và boron. Photpho được sử dụng để tạo lớp n-type (âm tính) còn boron được sử dụng để tạo lớp p-type (dương tính).

Kính cường lực: Lớp kính cường lực bảo vệ tế bào quang điện khỏi các yếu tố môi trường như mưa, gió, bụi bẩn và tia UV. Kính này cũng giúp tăng độ bền cơ học cho tấm pin.

Khung nhôm: Khung nhôm giữ cho tấm pin năng lượng mặt trời ổn định và chắc chắn. Nó cung cấp cấu trúc bảo vệ, dễ dàng lắp đặt và chịu được các điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

Chất chống phản xạ: Để giảm lượng ánh sáng bị phản xạ ra ngoài và tăng hiệu suất hấp thụ, một lớp chất chống phản xạ được phủ lên bề mặt của tấm wafer silicon.

EVA (Ethylene Vinyl Acetate): Đây là chất kết dính được sử dụng để gắn các lớp của tấm pin năng lượng mặt trời lại với nhau. EVA trong suốt và có độ bền cao, giúp bảo vệ tế bào quang điện và tăng tuổi thọ của tấm pin.

Tấm nền: Tấm nền, thường được làm từ nhựa hoặc polymer, cung cấp độ cứng và bảo vệ tấm pin khỏi độ ẩm và các yếu tố môi trường khác.

Xem thêm bài viết:

Quy trình sản xuất tế bào quang điện của tấm pin năng lượng mặt trời

Quá trình làm sạch sillicon

Silicon là nguyên liệu quan trọng nhất trong sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, silicon thô không đủ tinh khiết để sử dụng trực tiếp và cần phải trải qua quá trình làm sạch để đạt được mức độ tinh khiết cao cần thiết cho sản xuất tế bào quang điện.

Khử tạp chất từ cát thạch anh: Silicon được chiết xuất từ cát thạch anh (quartz), thành phần chứa silicon dioxide (SiO₂). Quá trình này bắt đầu bằng cách đốt nóng cát thạch anh trong lò hồ quang điện hình cung ở nhiệt độ rất cao (khoảng 2.000 độ C) để tách silicon khỏi oxy, tạo ra silicon kim loại thô (metallic silicon) với độ tinh khiết khoảng 98-99% (Silicon lúc này có tạp chất 1%, chưa có tinh khiết để tạo tế bào quang điện, cần phải trải qua quá trình làm sạch thêm.)

Làm sạch silicon thô: Silicon thô sau đó được làm sạch thêm bằng cách sử dụng phương pháp tinh luyện đa tinh thể. Quá trình này bao gồm các bước sau:

  • Tinh luyện nhiệt: Silicon thô được nấu chảy và tạp chất được loại bỏ dựa trên sự khác biệt về điểm nóng chảy.
  • Quá trình zone refining: Một thanh silicon được nung nóng từ từ và di chuyển qua một vùng nóng. Khi silicon nóng chảy di chuyển, các tạp chất di chuyển cùng với vùng nóng, làm cho các phần khác của thanh silicon trở nên tinh khiết hơn.

Để đạt được mức độ tinh khiết cao hơn (hơn 99,9999%), silicon sẽ tiếp tục được xử lý bằng phương pháp Siemens, bao gồm các bước sau:

  • Silicon thô được chuyển đổi thành trichlorosilane (SiHCl₃) bằng cách phản ứng với axit hydrochloric (HCl)
  • Chưng cất trichlorosilane: Hợp chất trichlorosilane được làm sạch bằng cách chưng cất để loại bỏ tạp chất.
  • Phân hủy trichlorosilane: Trichlorosilane tinh khiết sau đó được phân hủy bằng cách đốt nóng trong lò nhiệt độ cao với hydrogen (H₂), tái tạo lại silicon tinh khiết và khí hydrochloric.

Vào sau quá trình này, silicon đã được làm sạch, hoàn toàn tinh khiết, còn đầu chứa tạp chất được loại bỏ.

Quá trình tạo sillicon đơn tinh thể

Trong quy trình Sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời các pin quang điện sẽ được làm từ các thỏi silicon hình trụ, có cấu trúc nguyên tử đơn tinh thể, được làm từ quy trình Czocharalski.

Quá trình tạo sillicon đơn tinh thể
Quá trình tạo sillicon đơn tinh thể

Quy trình Czochralski là một phương pháp quan trọng trong quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời được sử dụng để sản xuất các tinh thể đơn tinh thể silicon có độ tinh khiết cao, phục vụ cho việc sản xuất tế bào quang điện trong tấm pin năng lượng mặt trời và các ứng dụng khác trong ngành công nghiệp bán dẫn. Dưới đây là các bước chính trong quy trình Czochralski:

  • Chuẩn bị silicon nóng chảy: Silicon tinh khiết được nung chảy trong một nồi nung làm từ thạch anh hoặc graphite. Nồi nung chứa silicon được đặt trong một lò nung và được đốt nóng đến nhiệt độ khoảng 1.450 độ C để làm tan chảy silicon.
  • Nhúng hạt giống tinh thể (seed crystal): Một hạt giống tinh thể đơn tinh thể được nhúng vào silicon nóng chảy. Hạt giống này được làm từ silicon đơn tinh thể và được gắn vào một thanh kéo.
  • Kéo tinh thể: Thanh kéo được từ từ nâng lên và quay chậm, kéo theo hạt giống tinh thể ra khỏi nồi nung. Khi hạt giống tinh thể tiếp xúc với silicon nóng chảy, silicon sẽ kết tinh theo cấu trúc của hạt giống, tạo ra một tinh thể đơn tinh thể liên tục. Tốc độ kéo và tốc độ quay của thanh kéo được điều chỉnh cẩn thận để kiểm soát kích thước và chất lượng của tinh thể.
  • Hình thành tinh thể: Quá trình kéo tiếp tục cho đến khi đạt được chiều dài và đường kính mong muốn của thanh silicon đơn tinh thể. Trong quá trình này, các thông số như nhiệt độ, tốc độ kéo và tốc độ quay phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo tinh thể có cấu trúc đều và không có khuyết tật.

Làm tấm bán dẫn Silic

Sau khi hoàn thành quá trình kéo, thanh silicon đơn tinh thể được để nguội từ từ để tránh các ứng suất nhiệt. Sau đó, thanh này được cắt thành các lát mỏng dày 5 milimet bằng một máy cưa kim cương hoặc cưa dây.

Các lát wafer này sau đó được đánh bóng và làm sạch để loại bỏ các dấu cưa. Gần đây, người ta đã nhận ra các tế bào thô ráp hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, do đó có vài nhà sản xuất đã bỏ qua quá trình này.

Quá trình pha tạp (doping)

Các silicon tinh khiết được pha tạp với phốt phoboron để tạo ra lượng electron dư thừa và sự thiếu hụt electron sẽ tạo chất bán dẫn có khả năng dẫn điện.

Quá trình pha tạp doping
Quá trình pha tạp doping

Sau quá trình Czochralski các tấm bán dẫn được hàn kín lại và đặt trong lò nung để gia nhiệt nhẹ dưới điểm nóng chảy của sillic (2.570 độ F hay 1.410 độ C) với sự hiện diện của khí photpho.

Các nguyên tử photpho đào bên trong silicon xốp hơn vì nó gần như trở thành chất lỏng. Nhiệt độ và thời gian cho quá trình này được kiểm soát kĩ để đảm bảo đường nối đồng nhất và có độ sâu thích hợp.

Dạo gần đây, người ta pha tạp silicon với photpho bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt nhỏ để bắn các ion phốt pho vào thỏi. Bằng việc kiểm soát tốc độ của các ion, có thể kiểm soát được độ sâu thâm nhập của chúng. Tuy nhiên quy trình mới này không được nhà sản xuất thương mại chấp nhận.

Đặt các tiếp điểm điện

Việc kết nối các tế bào năng lượng mặt trời với nhau là một bước quan trọng trong quá trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời, nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu và độ bền cao.

Đặt các tiếp điểm điện năng lượng mặt trời
Đặt các tiếp điểm điện năng lượng mặt trời

Các tế bào năng lượng mặt trời thường có kích thước chuẩn, phổ biến là 156mm x 156mm. Mỗi tế bào đều có hai bề mặt: bề mặt trước (mặt nhận ánh sáng) và bề mặt sau.

Trên bề mặt của mỗi tế bào, các lưới dẫn điện được in bằng phương pháp in lưới. Lưới dẫn điện thường làm bằng bạc hoặc nhôm, giúp dẫn điện từ tế bào năng lượng mặt trời ra ngoài.

  • Lưới mặt trước: Gồm các ngón tay dẫn điện và busbars, được in thành các dải mỏng và song song, giúp thu thập các electron tự do sinh ra từ quá trình quang điện.
  • Lưới mặt sau: Gồm các dải dẫn điện lớn hơn, được thiết kế để dẫn điện hiệu quả hơn từ các tế bào.

Sau khi in lưới dẫn điện, các tế bào được sấy khô và nung để lưới dẫn điện bám chắc vào bề mặt tế bào và đảm bảo dẫn điện tốt.

Hàn nối (tabbing): Các dải kim loại mỏng (tabbing ribbons) được hàn lên các busbars của mỗi tế bào. Các dải này thường làm bằng đồng và được mạ thiếc để tăng cường độ dẫn điện và ngăn ngừa oxy hóa.

  • Hàn mặt trước: Tabbing ribbons được hàn lên busbars trên mặt trước của tế bào.
  • Hàn mặt sau: Tabbing ribbons từ mặt trước của một tế bào được hàn nối với busbars trên mặt sau của tế bào kế tiếp, tạo thành một chuỗi các tế bào nối tiếp nhau.

Phủ lớp chống phản quang các tiếp điểm điện

Bởi vì silicon tinh khiết rất sáng bóng, có thể phản xạ tới 35% ánh sáng mặt trời. Để làm giảm lượng ánh sáng mặt trời bị mất và tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời, trên các tấm bán dẫn silicon được phủ lớp chống phản quang.

Phủ lớp chống phản quang các tiếp điểm điện
Phủ lớp chống phản quang các tiếp điểm điện

Vật liệu thường được sử dụng cho lớp chống phản quang là silicon nitride (Si₃N₄) hoặc titanium dioxide (TiO₂). Silicon nitride là lựa chọn phổ biến do khả năng chống phản xạ tốt và độ bền cao. Theo đó, lớp chống phản quang thường được phủ lên bề mặt tế bào bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (Chemical Vapor Deposition – CVD) hoặc lắng đọng lớp mỏng vật lý (Physical Vapor Deposition – PVD).

Lắng đọng hơi hóa học (CVD)

  • Silicon nitride (Si₃N₄): Silicon nitride được tạo ra bằng cách sử dụng khí amoniac (NH₃)silane (SiH₄) trong buồng lắng đọng. Các khí này phản ứng với nhau và tạo ra lớp silicon nitride trên bề mặt tế bào.
  • Điều kiện lắng đọng: Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ cao (khoảng 700-800 độ C) và trong môi trường chân không để đảm bảo lớp phủ đều và chất lượng cao.

Lắng đọng lớp mỏng vật lý (PVD)

  • Phủ titanium dioxide (TiO₂): Titanium dioxide được lắng đọng lên bề mặt tế bào bằng phương pháp bốc hơi hoặc phóng xạ. Quá trình này cũng được thực hiện trong môi trường chân không để đạt được lớp phủ mỏng và đồng nhất.

Kiểm tra và tối ưu hóa

  • Kiểm tra độ dày: Lớp chống phản quang phải có độ dày tối ưu (thường từ 70-90 nm đối với silicon nitride) để đạt hiệu suất chống phản xạ tốt nhất.
  • Kiểm tra quang học: Lớp phủ được kiểm tra để đảm bảo khả năng giảm phản xạ và tăng cường hấp thụ ánh sáng. Các phép đo quang phổ (spectroscopic measurements) được sử dụng để xác định hiệu quả của lớp phủ.

Tạo tấm pin năng lượng mặt trời hoàn chỉnh

Các tế bào quang điện đã hoàn thành thường được đóng gói lại tạo thành các module và được đặt vào khung kim loại bằng nhôm có tấm ốp mặt sau tạo nên sự chắc chắn cho pin cùng tấm kính bằng nhựa siêu nhẹ, có độ bền cao.

Tạo tấm pin năng lượng mặt trời hoàn chỉnh
Tạo tấm pin năng lượng mặt trời hoàn chỉnh

Bên trong khung kim loại là vật liệu bảo vệ gồm cao su chứa silicon trong suốt hay nhựa butyryl (thường được sử dụng trong kính chắn gió ô tô) liên kết xung quanh các tế bào, sau đó nhúng trong etylen vinyl axetat.

Tấm pin năng lượng mặt trời được đưa vào máy lamination, nơi nó được nung nóng và ép chặt để làm kín các lớp lại với nhau. Quá trình này giúp bảo vệ các tế bào năng lượng mặt trời khỏi các yếu tố môi trường và tăng cường độ bền của tấm pin.

Sau đó, một khung nhôm được gắn xung quanh tấm pin để bảo vệ và cung cấp cấu trúc chắc chắn. Khung nhôm giúp dễ dàng lắp đặt tấm pin trên các cấu trúc khác nhau và bảo vệ các cạnh của tấm pin khỏi các tác động cơ học.

Cuối cùng là đấu hộp điện gắn phía sau tấm pin và kết nối với các dây dẫn điện. Hộp đấu nối chứa các diode bypass, giúp bảo vệ tấm pin khỏi các hiện tượng nóng cục bộ và cải thiện hiệu suất.

Xem thêm bài viết:

Kiểm tra chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời

Kiểm tra chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời
Kiểm tra chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời

Việc kiểm tra chất lượng tấm pin năng lượng mặt trời là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời để đảm bảo rằng các tấm pin đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và hoạt động hiệu quả trong suốt thời gian sử dụng. Các phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn bao gồm

  • Kiểm tra quang điện: Điện áp được áp vào tấm pin và ánh sáng phát ra từ các tế bào năng lượng mặt trời được chụp lại bằng camera hồng ngoại. Phương pháp này giúp phát hiện các khuyết tật như vết nứt, hỏng hóc trong các tế bào mà không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
  • Kiểm tra hiệu suất: Các Tấm pin được chiếu sáng bởi đèn flash mô phỏng ánh sáng mặt trời. Các thông số như điện áp hở mạch, dòng ngắn mạch, và công suất tối đa được đo lường. Phương pháp này giúp xác định hiệu suất chuyển đổi năng lượng của tấm pin và đảm bảo nó đáp ứng các tiêu chuẩn công suất được ghi trên nhãn.
  • Kiểm tra độ bền cơ học: Các tấm pin sẽ được đặt dưới các tải trọng cơ học mô phỏng các điều kiện môi trường như gió, tuyết, mưa đá, và tải trọng cơ học khác. Từ đó, đảm bảo tấm pin có thể chịu được các lực tác động mà không bị hư hỏng.
  • Kiểm tra môi trường: Các tấm pin sẽ được kiểm tra ở các mức nhiệt độ khác nhau, độ ẩm khác nhau để kiểm tra độ bền các tấm pin.
  • Kiểm tra rò rỉ điện: Tấm pin được kiểm tra để đảm bảo không có rò rỉ điện giữa các lớp và đảm bảo an toàn điện và được kiểm tra dưới mức điện áp cao để không có sự cố chập điện cháy, nổ.
  • Kiểm tra quang phổ: Đo lường đáp ứng quang phổ của tấm pin ở các bước sóng khác nhau của ánh sáng. Từ đó, đánh giá khả năng hấp thụ và chuyển đổi ánh sáng của tấm pin trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
  • Kiểm tra chống PID: Đánh giá khả năng của tấm pin chống lại suy giảm hiệu suất do các điện áp không đồng đều giữa các lớp, giúp đảm bảo tấm pin duy trì hiệu suất cao và bền bỉ trong suốt thời gian sử dụng.

Xem thêm bài viết:

Đóng gói và vận chuyển tấm pin năng lượng mặt trời

Các tấm pin năng lượng mặt trời sau khi được kiểm tra sẽ được đóng gói và xuất khẩu.

Các tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được đặt vào thùng carton, xung quanh sẽ được đệm các miếng xốp để tránh va đập. Thùng được đóng kín chắn chắn và gắn mác “hàng dễ vỡ”.

Các thùng carton chứa tấm pin năng lượng mặt trời được sắp xếp trên pallet một cách gọn gàng và ổn định. Các thùng nên được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận để tránh đổ.

Kết luận

Quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời là một chuỗi các bước phức tạp và công phu, từ việc sản xuất các tế bào quang điện đến hoàn thiện tấm pin. Mỗi bước đều đòi hỏi sự chính xác và kỹ thuật cao nhằm đảm bảo tấm pin đạt hiệu suất tốt nhất và tuổi thọ cao.

Việc hiểu rõ “quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời” không chỉ giúp chúng ta đánh giá được chất lượng sản phẩm mà còn thấy được tầm quan trọng của công nghệ năng lượng tái tạo trong việc bảo vệ môi trường và phát triển nguồn năng lượng tái tạo bền vững.

Hy vọng với những chia sẻ trên của Ectech đã giúp cho bạn hiểu được quy trình sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời từ đó biết cách đánh giá và lựa chọn tấm mặt trời phù hợp.

CÔNG TY TNHH ELECTRONICS CONTROL TECHNOLOGY
Hotline: 093 624 1501
Địa chỉ: 26 Ung Văn Khiêm, Phường 25, Quận Bình Thạnh, TP.HCM
Email: info.ectechltd@gmail.com
Website: https://ec-tech.vn/
Facebook: https://www.facebook.com/ectech.vn
TikTok: https://www.tiktok.com/@dienmattroiectech
Youtube: https://www.youtube.com/@dienmattroiectech

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Dự toán chi phí