웨이퍼는 얇고 평평한 디스크 또는 기본 반도체 재료의 직사각형입니다. 웨이퍼는 두께가 180μm~350μm이고 p형 실리콘으로 만들어집니다. 결정질 실리콘 셀 웨이퍼는 단결정, 다결정, 리본 실리콘의 세 가지 주요 유형으로 형성됩니다. 각 유형에는 효율성, 제조 및 비용 측면에서 장점과 단점이 있습니다.

단결정 실리콘

원통형 잉곳 형태로 성장된 단일 실리콘 결정으로 만들어진 실리콘 웨이퍼를 단결정 웨이퍼라고 정의합니다. 도가니에서는 극도로 순수한 폴리실리콘 덩어리가 붕소와 함께 녹습니다. 작은 종자 결정을 용융조 내에서 천천히 회전시켜 빼냅니다. 종자 결정은 몇 시간에 걸쳐 최대 길이 40인치, 직경 8인치의 거대한 원통형 결정으로 발전합니다. 잉곳은 둥글기 때문에 가장자리는 일반적으로 직사각형이나 정사각형 모양으로 잘려져 모듈에 셀을 더 가깝게 포장할 수 있습니다. 그런 다음 다이아몬드 와이어 톱을 사용하여 잉곳에서 개별 웨이퍼를 절단합니다. 상업용 단결정 전지는 15%~18% 범위의 효율을 가지며 특정 실험실 샘플은 약 27%의 높은 효율을 달성합니다.

다결정 실리콘

다결정 웨이퍼는 많은 실리콘 결정을 포함하는 주조 실리콘 잉곳으로 만든 실리콘 웨이퍼입니다. 잉곳을 형성하기 위해 용융된 실리콘을 도가니에 붓고 몇 시간 동안 꾸준하고 조심스럽게 냉각합니다. 냉각 중에 용융된 물질이 응고됨에 따라 여러 개의 실리콘 결정이 형성되고 성장합니다. 그런 다음 주조 잉곳을 와이어 톱을 사용하여 정사각형 또는 직사각형 웨이퍼로 절단합니다. 다결정 웨이퍼는 사각형 모서리와 웨이퍼 표면에 결정립 경계가 있다는 점에서 단결정 웨이퍼와 구별될 수 있습니다. 다결정 셀은 단결정 셀보다 효율이 약간 낮지만(11.5%~14%), 처리 비용이 낮고 모듈 내 밀도가 더 높아 단결정 모듈에 비해 경제적으로 경쟁력이 있습니다.

리본실리콘

리본 웨이퍼는 용융된 실리콘 혼합물에서 얇은 스트립을 뽑아 만든 실리콘 웨이퍼입니다. 용융된 재료는 평행한 다이 사이로 끌려가 냉각되고 응고되어 연속적인 다결정 리본을 형성합니다. 그런 다음 리본을 특정 간격으로 절단하여 직사각형 모양의 웨이퍼를 만듭니다. 리본 실리콘 웨이퍼로 생산된 셀은 다른 실리콘 셀보다 효율이 약간 낮지만(11%~13%), 이 공정은 재료 낭비가 적고 잉곳 절단이 필요하지 않기 때문에 비용이 저렴합니다.

셀 제작

결정질 실리콘 웨이퍼를 기능성 PV 전지로 변환하려면 추가 처리를 거쳐야 합니다(그림 3 참조). 웨이퍼는 먼저 에칭되고 톱질 공정 중에 발생한 결함은 수산화나트륨 용액에 담가서 제거됩니다. 질감이 있는 표면은 표면적을 늘리고 후속 코팅의 접착력을 향상시키며 반사되는 햇빛을 줄입니다.

세척 후 웨이퍼는 랙에 장착되고 확산로에 배치됩니다. 여기서 인 가스가 셀의 외부 표면에 침투하여 원래의 p형 반도체 재료를 둘러싸는 얇은 n형 반도체 층을 형성합니다. 그런 다음 웨이퍼 가장자리를 연마하여 n형 재료를 제거합니다.

그런 다음 반사 방지 코팅을 셀 상단 표면에 추가하여 반사광을 더욱 최소화하고 셀 효율을 높입니다. 코팅이 건조된 후 격자 패턴은 전자 수집 및 다른 전지와의 전기적 연결을 위한 지점을 제공하기 위해 전지 상단 표면에 은 페이스트로 스크린 인쇄됩니다. 일반적으로 이러한 격자선에는 셀 전체에 두 개 이상의 기본 스트립이 포함되어 있으며 미세한 선은 셀 표면을 가로지르는 기본 스트립에서 시작됩니다. 이러한 그리드 패턴의 배열은 전류를 효과적으로 포착하여 셀에서 전도하기 위해 적절한 크기와 분포를 가져야 하지만 셀 표면의 대부분을 덮는 것을 방지하기 위해 최소화해야 하기 때문에 셀 설계의 중요한 부분입니다. 햇빛에 노출된 세포의 유효 표면적. 마지막으로, 일반적으로 알루미늄인 얇은 금속 층이 전지의 뒷면 전체에 적용되며, 이는 실리콘과 합금되어 n형 반도체 층을 중화시킵니다. 이로 인해 셀의 바닥 표면은 양극 연결이 되고 상단 표면은 음극 연결이 됩니다.

셀이 생산된 후 각 셀은 시뮬레이션된 햇빛 아래에서 전기적으로 테스트되고 전류 출력에 따라 분류됩니다. 이 정렬 프로세스는 직렬 연결된 셀 간의 현재 불일치 문제를 크게 제거하고 제조업체가 물리적 크기는 동일하지만 전력 정격이 다른 모듈을 생산할 수 있게 해줍니다.