Tema

UNIVERSITETI “ISMAIL QEMALI” VLORË FAKULTETI I SHKENCAVE TEKNIKE DEPARTAMENTI I INXHINIERISË ELEKTRIKE

TEMË DIPLOME PROGRAMI I STUDIMIT: BACHELOR NË INXHINIERI ELEKTRIKE

TEMA: FAZAT E PRODHIMIT TË NJË QELIZE FOTOVOLTAIKE NË SILIC MONOKRISTALINË DHE POLIKRISTALINË

DIPLOMANTI:

PEDAGOGU UDHËHEQËS:

Elidjon SALAJ

MSc.Ing. Alketa HASANAJ

Vlorë, 2016

Pasqyra e lëndës: Abstrakt...................................................................................................................... 4 KAPITULLI 1................................................................................................................ 5 PARIMET FIZIKE TE FUNKSIONIMIT TE NJE QELIZE FOTOVOLTAIKE..............................5 1.1Efekti fotovoltaik................................................................................................ 5 1.2Silici.................................................................................................................... 6 1.3 Kryqëzimi p-n.................................................................................................... 8 1.4Ndriçimi i kryqëzimit........................................................................................ 10 1.5 Qarku ekuivalent............................................................................................. 11 1.6 Rendimenti...................................................................................................... 14 KAPITULLI 2.............................................................................................................. 16 PASTRIMI (PURIFIKIMI) I SILIKONIT............................................................................16 2.1 Reduktimi i karbonizimit..................................................................................16 2.2 Pastrimi kimik.................................................................................................. 16 2.2.1 Faza e pare: Formimi i triklorurit të silanit.................................................16 2.2.2 Faza e dytë: Procesi Siemens....................................................................17 2.3 Pastrimi në rrugë fizike: zona e rafinimit.........................................................19 KAPITULLI 3.............................................................................................................. 21 RRITJA E KRISTALIT................................................................................................... 21 3.1 Rritja e silicit polikristaline.............................................................................. 21 3.1.1 Hedhja....................................................................................................... 21 3.1.2 Metoda Bridgman...................................................................................... 23 3.1.3 Defekte të kristaleve................................................................................23 3.2 Rritja e silicit monokristalinë...........................................................................24 3.2.1 Metoda Czochralski................................................................................... 24 3.2.2 Metoda Float-Zone.................................................................................... 25 KAPITULLI 4.............................................................................................................. 27 PRERJA (SHARRIMI)................................................................................................... 27 4.1 Grupi i prerjes.................................................................................................. 27 4.2 Prerja kabllore (e telave paralele)...................................................................28 4.2.1 Telat srruly – based................................................................................... 29 3

4.2.2 Telat Diamante.......................................................................................... 29 4.2.3 Tela të strukturuar..................................................................................... 31 4.3 Korrigjimi i defekteve të prerjes......................................................................32 4.4 Riciklimi i silikonit............................................................................................ 33 KAPITULLI 5.............................................................................................................. 33 HEQJA E ÇDO SIPËRFAQE DHE CILËSIA (TEXTURING)................................................33 5.1 Gravura........................................................................................................... 34 5.1.1 Gravura e thatë......................................................................................... 34 5.1.2 Gravura e lagësht...................................................................................... 34 5.2 Procedura për heqjen e sipërfaqes së dëmtuar...............................................35 5.3 Influenca (ndikimi) në efikasitet......................................................................35 5.4 Cilësia (Texturing)............................................................................................ 36 5.5 Drita e incidentit.............................................................................................. 37 5.6 Pastrimi........................................................................................................... 41 KAPITULLI 6.............................................................................................................. 42 DOPING..................................................................................................................... 42 6.1 Difuzioni (Përhapja)......................................................................................... 42 6.1.1 Pre – Depozitimi....................................................................................... 44 6.1.2 Difuzioni (Drive – in).................................................................................. 44 6.1.3 Koncentrimi i përqendrimit të atomeve Dopant........................................45 6.2 Implantimi jonik............................................................................................... 49 6.2.1 Kanalizimi.................................................................................................. 51 KAPITULLI 7.............................................................................................................. 52 MBULIMI VERBUES ANTI-SHKËLQIM..........................................................................52 KAPITULLI 8.............................................................................................................. 57 KONTAKTET METALIKE............................................................................................... 57 8.1 Teknikat për të reduktuar ndikimin e rikombinimit në sipërfaqe.....................57 8.1.1 Rikombinimit në sipërfaqen e përparme...................................................57 8.1.2 Sipërfaqja e pasme................................................................................... 58 8.2 Formimi (trajnimi) i kontakteve.......................................................................59 8.2.1 Materialet e përdorura.............................................................................. 61 8.3 Teknologjia lazer e kontakteve të vdekura......................................................62 KAPITULLI 9.............................................................................................................. 64 4

IZOLIMI I BORDIT ELEKTRIK....................................................................................... 64 9.1 Gravura e plazmës......................................................................................... 64 9.2 Gravura kimike................................................................................................ 64 9.3 Shkruesi Lazer................................................................................................. 65 KAPITULLI 10............................................................................................................ 68 KARAKTERISTIKAT E NJË QELIZE FOTOVOLTAIKE.......................................................68 Referencat:............................................................................................................... 70

5

Abstrakt Qëllimi i tezës është për të përshkruar fazat e prodhimit që çojnë në realizimin e një qelizë fotovoltaike, duke filluar nga materialet e papërpunuara me të cilat është prodhuar. Ato do të analizohen ne prodhimin e qelizave diellore të bëra me silikonin monokristalinë dhe polikristalinë. Së pari ajo do të përcaktojë konceptin e efektit fotovoltaik, duke bërë referencën në aspektet fizike që lejojnë funksionimin e pajisjes. Pastaj për të analizuar procesin e pastrimit të silikonit përdoren teknikat për formimin e shufrave të silikonit. Nga kjo pikë procesi i prodhimit vazhdon me prerjen e shufrave për të prodhuar nje meshë silici, prerja e sipërfaqes për të kufizuar fenomenet refleksive dhe dopingu i pajisjes me krijimin e kryqëzimit p-n. Një vazhdim me aplikimin e një shtrese antireflektive (ARC) dhe me formimin e kontakteve metalike të nevojshme për të transferuar rrymën e prodhuar në një ngarkesë të aplikuar. Si hap përfundimtar është elektrikisht e izoluar buza e qelizave fotovoltaike me anë të teknikës së lazerit.

6

KAPITULLI 1 PARIMET FIZIKE TE FUNKSIONIMIT TE NJE QELIZE FOTOVOLTAIKE

1.1Efekti fotovoltaik Fjala 'fotovoltaike' është shkurtim i fjalës greke 'phos', të lehta dhe 'volt' njësia e matjes së diferencës potenciale. Në të vërtetë, një sistem për prodhimin e energjise fotovoltaike është aplikimi i kombinuar i efektit fotoelektrik, e cila është spontane dhe konsiston në emetimin e elektroneve nga një sipërfaqe të goditur nga rrezatimi elektromagnetik dhe efekti Volta, sipas të cilit, nëse dy metale janë të vendosur në kontakt, është krijuar mes tyre një ndryshim i potencialit dhe, mundësia për të gjeneruar lidhjen elektrike. Një qelize diellore është një pajisje elektronike në gjendje për të kthyer rrezet e diellit në energji elektrike, duke shfrytëzuar vetitë e përçueshmërise nën ndriçimin e disa materialeve siç janë gjysëm perçuesit. Nëpërmjet një qarku është e mundur transferimi i gjendjes aktuale të një ngarkesë të aplikuar, me qëllim për të shfrytëzuar energjinë e prodhuar nga qeliza. Efektin fotoelektrik, Ajnshtajni e dha në vitin 1905 me një interpretim te famshëm të quajtur 'Quantum', sipas së cilës energjia e përgjithshme e rrezatimit elektromagnetik është ndarë në pjesë diskrete ( të 'kuanteve' të dritës). Duke shfrytëzuar edhe efektin fotoelektrik si efekti Volta, në 1954 shkencëtarët amerikanë Paerson, Fuller dhe Chapin zhvilluan qelizat e para fotovoltaike me silic të kristaltë. Mekanizmi me të cilin qelizat fotovoltaike gjenerojnë energji elektrike nga konvertimi i rrezatimit diellor, është e bazuar kryesisht në efektin fotoelektrik. Për të kuptuar këtë dukuri, pra mënyrën në të cilën drita e rrezatimit ndërvepron me qelizat fotovoltaike, do të analizojnë sjelljen elektrike të gjysëm perçuesve dhe në veçanti të silikonit, gjysmëpërçuesi më i përdorur në industrinë fotovoltaike.

7

1.2Silici Është e njohur se materialet ekzistuese në natyrë mund të klasifikohen sipas vetive elektrike të përçueshmërisë, në dy kategoritë e përçuesve dhe izolatorëve. Për këto dy kategori ajo shton një të tretë, ate të gjysëm përçuesit, qe posedojnë pjesët e ndërmjetme elektrike në të dy kategoritë e mëparshme. Gjysëm përçuesit tani janë baza e të gjitha pajisjeve të mëdha elektronike dhe mikroelektronike si gjendja e ngurtë e transistorëve dhe diodës së saj, aftësinë për të ndryshuar karakteristikat e tyre elektrike nga 'dopingu' i cili përbëhet nga futjet e papastërtive në materiale të pastër (gjysmëpërçues të brendshëm). Duhet të mbahet mend se gjysmëpërçuesit janë struktura kristalore tetrahedrale, në të cilin çdo atom është i lidhur tek katër fqinjë të saj me anë të lidhjes dyshe kovalente, e cila mbetet e pandryshuar në kufijtë e energjisë prej rreth 1 eV. Silikoni është një element kimik që ka katër elektrone valencë (elektronet që i përkasin skeletit të jashtem të një atomi që janë angazhuar për të formuar lidhjet). Në një kristal silikoni, 4 elektronet valencë janë vendosur midis atomeve të ngjitura në kristal. Në këtë mënyrë, secili atom plotëson orbitën e jashtme (me 8 elektrone).

Fig 1.1 a) Kristali i silikonit (T= 0 K)

8

Fig 1.1 b) Grupi (Banda) e valencës, grupi i përçueshmërisë dhe boshllëku i energjisë Siç është e njohur në brezin gjysmëpërçuesve valenca dhe kryerja e bandës janë ndarë nga një gamë e ndaluar e energjisë (Energy Gap), e cila në silic është e barabartë me 1,124 eV. Në brezin e valencës, ka elektrone që kanë një nivel të ulët të energjisë, që mbetet në afërsi të atomit të anëtarësimit. Në brezin e kryerjes në vend që elektronet të cilat kanë fituar energji të mjaftueshme për të lënë atomet e përkatësisë dhe për këtë arsye mund të japin rritje të një përçueshmërie elektrike. Obligacionet kovalente si zero absolute (T = 0 K) janë të qëndrueshme dhe elektronet janë lidhur fort me atomet. Në këtë mënyrë popullsia elektronike i do të gjitha në bandën e valencës, dhe nuk do të jetë kusht për ngjarjen e elektroneve. Për një temperaturë mbi zero absolute se ka një jo-zero, pra mundësinë që një elektron fiton energji të mjaftueshme për të thyer lidhjen kovalente, e cila vë ata në bandën e përçueshmërise. Elektroni i lë atomit pjesen qe i takon (e cila bëhet jon i ngarkuar pozitivisht) duke lënë pas një lidhje jo të plotë, (të cilat ngarkohen pozitivisht, i kundërt me negativin të një elektroni që është dhënë). Për të thyer këtë lidhje kovalente dhe pastaj të rritet në një elektron/boshllëk, ajo ka nevojë për një sasi minimale të energjisë të barabartë me Energjinë Gap.

9

1.3 Kryqëzimi p-n Siç u përmend më parë, një mënyrë për të ndryshuar karakteristikat elektrike të një gjysmëpërçuesi është për të futur papastërtitë nëpërmjet një teknike të quajtur doping. Nëse për shembull, ne zëvendësojnë në kristal grilë të silikonit, atomet e origjinës me një atom ka 5 elektrone valencë, në kristal ne do të kemi një elektron praktikisht të pashfrytëzuar, duke qënë vetëm katër të nevojshme për formimin e një lidhje. Energjia për lirimin në këtë elektron është veçanërisht e ulët, kështu që në temperaturë të dhomës vetëm energjinë për ngrohje është e mjaftueshme për ata të gjithë mund të konsiderohen të lira. Çdo atom i dhuron një papastërti elektronit kështu duke marrë rolin e 'donatorit' dhe duke kontribuar në përçueshmëri. Atomi i humbjes së një donatori të elektronit mbetet jonizues, ku mbetjet e ngarkuara të atomeve Dopant pozitive bllokohen në grilë. Numri i elektroneve të tepërta do të shtohen deri në atë të elektroneve ekzistuese për të cilat ne do të kemi më shumë elektronet që (tarifat e pakicave të boshllëqeve), shtimi i elektroneve me anë të futjes së atomeve pentavalente (të tilla si Fosfori) është treguar si tip dopingu N. Në qoftë se ne kemi prezantuar papastërtitë trivalente (të tilla si Bor), që është, me vetëm tre elektronet e jashtme të syrit, ekziston një mungesë e një elektroni në grilë, pasi është e pamundur për të përfunduar oktet. Çdo atom papastërtitë mund ti 'të pranojë' një elektron nga një fqinj, duke u bërë 'Pranues' (Akceptor). Ajo do të jetë edhe në atomit për të krijuar një boshllëk që ka dhënë një elektron, dhe një ngarkesë negative te lokalizuar në pranuesi atomike. Në këtë rast ajo quhet lloji i doping P. Shumica do të ngarkohet boshllëqet p, ndërsa ngarkesa e elektroneve te pakicave do të jetë n. Vendosja në kontakt të ngushtë një gjysmëpërçues te tipit p me gjysmëpërçues doped n-type është marrë një kryqëzim p-n. Vini re këto fjalë nga afër. Ajo do të thotë se vazhdimësia e kristaltë duhet të jetë e garantuar. Në praktikë, një qelizë diellore është e formuar nga nje pjate silikoni e tipit p me një shtresë të hollë silikoni e tipit n. Shtresa e tipit n duhet të ketë një trashësi të tillë që të lejojë rrezatimin dhe në të depërtojnë në kristalin e sipërfaqes së qelizës për një thellësi të mjaftueshme për te krijuar çifte boshllëqe-elektron në afërsi të kryqëzimit p-n. Për shkak të gradientit të ndryshëm te përqendrimit në dy gjysem perçuesit elektronet do të tentojnë të përhapen nga zona N, të cilat janë shumica, zona P, ku ata janë më pak. Në mënyrë të ngjashme boshllëqet do të priren për të përhapur nga zona P në zonën N. Në këtë mënyrë elektronet të cilat kanë kaluar nëpër kryqëzim me përhapjen I lënë joneve fikse pozitive për shkak të humbjes së migruar elektronike, ndërsa ne zonen P boshllëqet që kanë marrë pjesë në fenomenin difuzionit lë zonen e pasur me jone negative. Ajo krijon një shtresë grumbulli të dyfishtë në kthesën e kryqëzimit, me formimin e një fushë elektrike (dhe kështu një potencial) të drejtpërdrejtë nga zona e N tek zona P, e cila është kundrejt përhapur. Kështu që ajo formon një rajon sosje që shtrihet nga të dyja anët e udhëkryqit e karakterizuar nga mungesa e transportuesve të lirë (Fig1.2). Në terren ekuilibri shoqërohet nga potencialet elektrike qe prodhon një ngarkese drift që kompenson domethënien e tanishme ngarkesen e difuzionit. 10

Zona N e qelizës diellore është quajtur shpesh emiter, ndërsa zona është P bazë. Rajoni N është e hollë se ajo e P, dhe gjithashtu është ajo që është stimuluar më rëndë. Në lidhje me pozicionimin e kryqëzimin p-n brenda qelizës, ajo duhet të mbahet mend se silikoni ka një ndryshueshmëri të madhe në thithjen e rrezatimit. Në fushën e gjatësi vale të spektrit diellor,ngarkesat janë të krijuara shumë afër në sipërfaqe të qelizës në rajonin ultravjollcë, ndërsa ata janë në një thellësi më të madhe në rajonin infra të kuqe. Një zgjidhje kompromisi ofron një kryqëzim te vendosur shumë në afërsi të sipërfaqes së qelizës (zakonisht në një thellësi prej 0.1 - 0.2 μm) dhe një material shumë i pastër themelor për të rritur gjatësinë e të difuzionit dhe gjithashtu të përfitojnë nga ngarkesat e krijuara në rajon, ku gjatësia e vales është e lartë.

Fig 1.2 Përfaqësimi i dendësisë se pagesës, fushës elektrike dhe potencialit relativ te kryqëzimi p-n në ekuilibrin. W1 dhe W2 respektivisht tregojnë zgjerimin e rajonit dhe sosjen në zonën P dhe N në zonë (nderfaqja mes dy fusha është marrë si origjina).

11

1.4Ndriçimi i kryqëzimit Ne kemi parë se si një qelizë fotovoltaike, kur nuk është ndriçuar, ka një sjellje të ngjashme me atë të një diodë. Tani mendojme se ne një foton vjen një energji e caktuar për të depërtuar në qelizë deri në arritjen në kryqëzim. Thirrja f frekuenca e fotonit incident, ajo ka një energji të lidhur E=kf ku k është konstantja e Plankut. Nëse foton ka një E > Eg ; p.sh., e cila ka një energji më e lartë se bandgap Eg e silikonit, një elektron është hequr nga lidhjen midis dy atomeve fqinje të kristalit dhe kështu bëhet i lirë për të lëvizur brenda kristalit si një elektron përçueshmërie (niveli i energjisë ne elektron ka lëvizur në brezin e përçueshmërisë). Energjia e fotonit E mund të shprehet si funksion i gjatesisë së vales të rrezatimit c E= h λ Që nga Energjia Gap e silikonit ∆=1.12 eV E> ∆

pastaj

λmax=

ku jane:

hc 6.6∗10−34∗3∗108 = =¿ λmax ≈ 1.11∗10−6 m=1.11 μm −19 ∆ 1.12∗1.610

Ku: c=

3∗108 m shpejtësia e dritës s

h=6.6∗10−34 Js konstantja e Plankut −19

1 eV ≈1.6∗10

J

Rrezatimi me një gjatësi vale më të madhe se λmax nuk prodhon efekt fotovoltaike që nga energjia e fotoneve, anasjelltas në proporcion me λ, ajo nuk është e mjaftueshme për tejkalimin e Gap Energjisë te silikonit. Kur qeliza është e ndriçuar, kryqëzimi pastaj bëhet një burim çiftesh elektron/boshllëk, duke supozuar një sjellje të ngjashme me atë të një diode e lidhur paralel me një gjenerator. Grafikisht karakteristika e tensionit aktual i një qelize të ndezur është ekuivalente me atë të një diode, e zhvendosur vertikalisht poshtë me një shumë të barabartë me fotonin e gjeneruar, në mënyrë proporcionale me intensitetin e dritës.

12

1.5 Qarku ekuivalent Qeliza diellore mund të përfaqësohet nga një qark ekuivalent duke përfshirë vetëm rrymën Fig 1.3. Foto e gjeneruar IPK aktuale është përfaqësuar nga një gjenerator të drejtpërdrejtë. Paralelisht me gjeneratorin kjo është një përfaqësues i kryqezimit p-n te diodës; Id është aktual që kalon. Në mënyrë për qarkun përafron sjellja e një qelizë të vërtetë diellore është e përshtatshme për të futur dy elemente të tjera të rezistencës seri Rs, dhe rezistencën paralele Rp (ose devijim). Rs përfshin rezistencën parazite te qelizës qe përfaqësohet nga dy shtresa silikoni dhe rezistenca e kontakteve ohmike. Rp përfaqëson humbjet për shkak të rrymave rrjedhese aktuale brenda qelizës diellore (rrymave rrjedhese).

Fig 1.3 a) Qarku ekuivalent me qelize fotovoltaike

13

b)Karakteristika e tensionit/rrymës së qelizes

Shprehja e rrymes I e aplikuar ne lidhjen e ngarkeses është formuluar: I =I pk −I sat

∗( e

q ( V +Rs∗I ) NKT

)

−1 −

Rryma e diodes është dhënë:    

V + Rs+¿ I Rp

I d=I sat ∗(e

q ( V + Rs∗I ) NKT

−1)

Isat paraqitja e rrymes se diodes q ngarkesa e elektronit N faktori ideal K konstantja e Boltzmann

Fig 1.4 Qeliza fotovoltaike

14

Duke pasur parasysh përfaqësimin e një qelizë fotovoltaike në Fig1.4, ne mund të përmbledhim proceset që ndodhin në një qelizë fotovoltaike qe përkasin fotone ndaj rrezatimit diellor, që vijnë në afërsi të kryqëzimit dhe që kanë një numer më i madh i energjisë sesa Gap Energjisë të silikonit të lejojë formimin e ngarkuar pozitive (vrima) dhe tarifat negative (Electron). Mbushëse të tilla janë të ndara nga fusha elektrike e formuar në kryqëzim, para se të mbledhim nga kontaktet metalike në pjesën e përparme dhe të pasme të qelizës. Nëpërmjet një qarku aktual mund të qarkullohet dhe furnizimi me një peshë të lidhur me sistemin. Shpesh për të përfaqësuar karakteristiken e tensionit/rrymes duke përdorur tiparet e treguara në Fig 1.5.

Fig 1.5 Karakteristika e tensionit/rrymës te një qelize fotovoltaike te ndricuar. Kthesa ne figurën me siper tregon 3 pika të pjesëve të rëndësishme: 1- ISC është qark të shkurtër aktuale, pra kur ajo është aplikuar me një peshë te rezistences 2- VOC paraqet tensionin e qelizes diellore kur qarku eshte i hapur. Në këtë situate I=0 dhe ngarkohet nje rezistence infinit. 3- MPP kjo pike është maksimalja e prodhimit te tensionit/rrymes maksimale.

15

1.6 Rendimenti Rendimenti i një qelizë fotovoltaike është përcaktuar si raporti midis fuqise se dorëzuar nga qeliza dhe fuqinë e rrezatimit incidentit në të: ƞ=

Pout Pout = P¿ AEe

ku:     

ƞ – rendimenti i qelizes Pout(W) – fuqia elektrike e qelizes Pin (W) – fuqia e rrezatimit te ndricuar A(mq) – hapësira e dobishme e qelizës Ee(W/m2) – intesiteti i rrezatimit

Efikasiteti maksimal i një qelizë diellore varet nga shumë faktorë, duke përfshirë:        

Vetite e materialeve Karakteristika e kryqezimit Permasat e qelizes Hapesira e dobishme e zones se prekur nga rrezatimi diellor Temperatura e qelizes Veshje antireflektimi Struktura e siperfaqes (ashpersia) Vetmbrojtja nga drita per shkak te griles metalike e perparme e projektuar per te mbledhur transportuesit e ngarkuar.

Një faktor tjeter i rendësishëm per vendosjen e rendimentit te nje qelize diellore eshte konsideruar Fill Factor (FF – Faktori i Mbushjes). Percaktohet si raporti midis fuqise maksimale dhe produktit te ngarkeses per qarkun e shkurtër.

16

FF=

Impp Vmpp Voc Isc

Impp dhe Vmpp përfaqësojnë përkatësisht vlerat maksimale të rrymës dhe tensionit për të cilën kjo ndodh, transferimin maksimal të fuqisë, dhe janë treguar në fig.1.5. Faktori Mbushjes përcakton formën e kurbës karakteristikës së I-V të qelizës. Në përgjithësi një qelizë të mirë diellore ka vlerat e FF lartë se 0.75; sa me e larte aq më e madhe është vlera e performancës.

Ndërsa qelizat diellore të prodhuara në silikon, materiali më i përdorur në industrinë e fotovoltaikeve, japin ndryshime në varësi të faktit nëse qeliza është ndërtuar në silikon monokristaline, polikrisstaline, apo silic amorf. Japin për secilin lloj është përcaktuar më poshtë: Silic monokristalin: eficenca rreth 17% Silic polikristaline: eficenca rreth 13% Silic amorf: eficenca rreth 8% Ne duhet të konsiderojmë se dy llojet e para të qelizave të kërkojnë rrezet e diellit për një operacion të mirë. Për më tepër, qelizat në silikonit multicrystalline, në kushte të lehta përhapur dhe pak kohë e mirë, të punojë më mirë se qelizat diellore silic monokristaline, të cilat arrijnë performancë të lartë në kushte të lehta drejtpërdrejtë (të lehta pingul dhe mungesa e re). Qelizat silic amorf në vend të kësaj, pavarësisht nga një efikasitet shumë të ulët, ata mund të punojnë me çdo burim të ndritshëm (disa makina llogaritëse diellore të punojnë edhe me dritë artificiale).

17

KAPITULLI 2 PASTRIMI (PURIFIKIMI) I SILIKONIT Kështu qe silikoni mund të përdoret për prodhimin e qelizave fotovoltaike Ju duhet të kalojnë nëpër disa hapa pastrimit. Për pajisje elektronike dhe të për qelizat diellore është e nevojshme që silikoni ka karakteristikat e pastërtisë kimike dhe përsosmëria lartë kristalografike (klasa elektronike) arritshëm me proceset industriale. Silici, pas oksigjenit, është elementi më i bollshëm në koren e Tokes. Ajo është e vendosur në balta, granit, kuarc, kryesisht në formën e dioksid silikoni (SiO2 ose silicë), silikate dhe aluminosilikatet (komponimet përmban silic, oksigjen dhe metale).

2.1 Reduktimi i karbonizimit Për të marrë pjesë silici nga shkëmbinj silicore te rërës dhe kuarci. Teknika për marrjen e silicit nga silicë është quajtur reduktimi i karboizimit. SiO2 ka reaguar me karbonin në një temperaturë prej 2000 ° C sipas reaksionit vijues: SiO2 + 2C ----> Si + 2CO Rëra dhe kristalet janë vendosur në një vaskë, e cila është futur në një dhome ku brenda janë zhytur dy elektroda grafiti. Gjatë operacionit krijohet një hark të zhytur elektrik që prodhon silic të lëngshëm. Ajo pastaj tendoset përmes një hundëze në tokë ku ngurtësohet. Kështu që të marrim silic klasën metalurgjike me një pastërti të rendit të 98%. Shkalla e pastërtisë së arritur është ende e pamjaftueshme për përdorimin në fushën e gjysmëpërçuesve dhe fushën fotovoltaike. Prodhimi i silikonit të klasës elektronike është e ndarë në dy procese të ndara, njëri për ta pastruar nga kimikatet dhe një tjetër për anën fizike.

2.2 Pastrimi kimik Pastrimi me mjete kimike është në dy faza. 18

2.2.1 Faza e pare: Formimi i triklorurit të silanit

Duke filluar nga silicet komerciale, e pasur me papastërtitë, të tilla si hekuri dhe alumini, përmes një procesi të quajtur hidroklorination arrihet Silan Trichloride (SiHCl3 ose TCS) sipas reaksionit vijues: Si + 3 HCl ===> SiHCl3 + H2 (në 300 °C) TCS është nënshtruar një procesi të pastrimit (distilim). Ne fund, te faza trikloride e silanit përmban një përqendrim të papastërtive e dy pjesëve për miliardë.

2.2.2 Faza e dytë: Procesi Siemens

Procesi Siemens është një proces i përdorur për pastrimin e silikonit multikristaline, e cila lejon që të marrë silic në klasën elektronike. Teknologjia bazohet në teknikën e depozitave të avullit kimik (CVD) dhe është emëruar pas kompanisë që ka zhvilluar këtë metodë. Në reaktorët Siemens, dukuri e procesit te pastrimit, këmbanat janë përdorur për kontrollin dhe vendosen në një platformë. Brenda këtyre këmbanat janë paraqitur disa shufra silici të larta të pastërtisë me një trashësi prej rreth 10 mm. Ata janë të lidhur dy nga dy në krye dhe janë vendosur vertikalisht brenda ziles. Për të filluar procesin, baret elektrike janë të nxehtë mes 1100 dhe 1200 ° C. Më pas një përzierje e trikloridit te silanit me hidrogjen e purifikuar është transportuar përmes reaktorit ku është tretur dhe vjen në kontakt me shufra të nxehta silikoni. Si rezultat është silici polikristalin i depozituar në bare, rritjen e trashësisë. Kur baret janë rritur me diametër të kërkuar procedura është ndërprerë, shufrat janë të shkëputura, dhe procesi është gati për të filluar futjen e shufrave te reja silici (te ftohtë) me trashësi rreth 1 cm. Në fund të procesit që janë marrë shufra silici polikristailine me diametër deri në 20 cm me një shkallë të papastërtive të rreth 0.2 pjesë për miliard. Hapat vendimtare të procesit të pastrimit me metodën Siemens janë ngarkomi nga filamentet e silikonit, të kontrollit të temperaturës dhe kontrollin e procesit të gazit të energjisë. Gjatë ngarkimit të filamenteve, baret duhet të jenë duke përdorur doreza te pastërtise të lartë për të parandaluar kontaminimin me palët grafit te përdorur në këtë proces dhe me çdo ndotje të tjera që mund të çojë në ndryshimet në morfologjinë e bareve në këtë mënyrë dhe uljen e cilësisë së produktit te perfunduar. Para ngrohjes se shufrave te silicit në temperatura të larta, baret janë pa ngrohur. Kjo është për shkak se, në temperatura të ulëta, silic në formë të pastër nuk do të kryejnë energji elektrike, dhe kjo do të thotë se furnizimi me energji elektrike nuk është në gjendje për të ngrohur baret. Pas para-ngrohje shufrat e silicit janë nënshtruar një temperature më të madhe të ngrohjes deri në 1100 ° C. Temperaturat duke u monitoruar nga një sistem kontrolli i cili rregullon fuqine e dhënë në bare për të gjithë procesin. Në fakt, variacionet e gjera te temperaturës mund të çojnë në 19

shkrirjen e bareve. Kjo është arsyeja për të cilat sistemi i kontrollit është një nga komponentët më të rëndësishëm të reaktorëve CVD Siemens.

Fig 2.1 a) Skema e procesit të pastrimit duke përdorur metodën e Siemens. Një prekursor në formë të gaztë është futur në reaktor dhe që vijnë në kontakt me shufra silici.

20

Fig 2.1 b) Shembull i reaktorëve realë

2.3 Pastrimi në rrugë fizike: zona e rafinimit Silici polikristaline e marre nga procesi Siemens ka një pastërti jo te mjaftueshme. Për të ulur përmbajtjen e papastërtive është përdorur një proces i rafinimit me mjete fizike qe do të thotë zona e rafinimit. Metoda është e bazuar në fenomenin sipas të cilit papastërtitë në silikon kanë tendencë të shkrihen më lehtë në silic. Duke përdorur një pajisje të veçantë (shiko fig 2.2) shufra e silicit është e shoqëruar vertikalisht në një furrë radio frekuencë, në të cilën silikoni eshte ndezur me anë të valëve elektromagnetike, e emetuar nga një spirale rrethon furrën. Këto valë të krijuara, rrymat brenda shufres me ngrohje silica kane efekt nxehetesie. Lëngu rrjedh nëpër sipërfaqet e shufrave te silikonit dhe akumulon poshtë. Duke pasur silicon ne sipërfaqe të lartë tensioni, silici i lëngshëm mbetet i lidhur me kallëp. Kur silici ftohet ajo ka nje zgjatim te shufra me papastërti të vendosura në fund të shufres. Ky i fundit është sharruar për të eliminuar skajet papastërtive. Për të marrë një shkallë më të lartë pastërtia procedura përsëritet tre ose katër herë.

21

Fig 2.2 Skema e përfaqësuesit te instrumentit me të cilin është kryer në zonen e rafinimit

22

KAPITULLI 3 RRITJA E KRISTALIT Në sajë të hapave te shumta te pastrimit në të cilin materiali i është nënshtruar, ne tani ne dispozicion të silikonit polikristaline të përshtatshëm për prodhimin e qelizave fotovoltaike. Në fazat e mëvonshme të zinxhirit të prodhimit të silikonit polikristaline shufra e prodhimit nga reaktorët janë ulur për t'i bërë ato në dispozicion për procesin e ardhshëm të rritjes se kristalit. Pebblesat e silicit janë shkrirë te parët dhe silici, ka bërë shkrirje të lëngshme, është u rritet marrja mono ose polikristaline, pas ngurtësimit, dhe ingotave te madhësisë se dëshiruar. Në varësi të llojit të qelizës qe merren janë përdorur teknikat e mëposhtme për rritjen e kristalit. Silici polikristaline  metoda e Bridgman Silici monokristaline  metoda e Czochralsky dhe metoda Float-Zone

3.1 Rritja e silicit polikristaline 3.1.1 Hedhja

Metoda e hedhjes përdoret për prodhimin e silikonit polikristaline. Prodhimi fillon duke filluar nga fshirja e silic nga prodhuesit e industrive te gjysmëpërçuesve. Në fazat e hershme të procesit materiali është i fragmentuar, pastaj të kalojë nëpër një fazë helmuese, e cila konsiston ne nje procedure pastrimi nga papastërtitë sipërfaqësore. Silici është shkrirë më pas në vatrën e furrës së madhe kuarci ose grafiti në një furrë të radio frekuencave. Faza e rritjes është zhvilluar nga një proces kristalizimi, per shkak te ftohjes graduale faza e lëngshme e silikonit te shkrirë. Problemi që lind është se për nevojën për të minimizuar normën e papastërtive te pranishme në materiale, në mënyrë që të marrin efikasitetit të mirë të mundshëm në konvertimin fotovoltaik. Për këtë arsye proceset e përfshira në prodhimin e e blloqeve te silicit polikristaline, deri më sot, nuk lejojnë bashkimin e masave, silici kalon 100 kg në një kohë, me kohëzgjatje jo më pak se 24 orë. Pas procesit te kristalizimit vazhdojme në squaring të bllokut të përftuar për heqjen e pjeseve mekanike, dhe për të hequr papastërtitë që proceset e mëparshme kanë mbetur në sipërfaqen e materialit. Nga kjo masë janë marrë lingota të ndryshme, që do të jenë “feta” në fazat e mëvonshme për të prodhuar nje meshë silic.

23

Fig 3.1 a) Kutia në grafit

Fig 3.1 b) Dhoma në të cilën zhvillohet shkrirja e silikonit.

24

3.1.2 Metoda Bridgman

Metoda Bridgman është një metodë që përdoret për rritjen e silicit polikristaline në prodhimin e qelizave diellore te silikonit multikristaline. Silici është ngarkuar në një poç te kuarcit te veshura me nitride silici dhe pastaj të jetë i nxehtë, derisa i gjithë material nuk është shkrirë. Më pas ngrohjes është nxjerrë nga ena e poshtme duke lëvizur në zonën e ndezur lart në lidhje me enën, ose nga ftohja e poshtme të enës. Shpesh, poci është ulur dhe larguar nga zona e nxehtë dhe pjesa e poshtme e ekspozuar njëkohësisht nga burimi i ftohjes. Kjo procedurë krijon një gradient temperature në zonen e shkrirë me procesin e ngurtësimit që fillon nga poshtë, dmth fundin më shumë te ftohtë. Kristalet rriten lart dhe kufijtë e grurit nga ana e tyre rriten paralelisht me drejtimin e ngurtësimit. Për të marrë një ngrohje të drejtuar ngurtësimi duhet të transportohet në shtresa të ngurta silici që vazhdimisht rritet. Eshte gjithashtu e nevojshme për të mbajtur një ndërfaqe të rrjedhës të nxehtësisë se silikonit solid/lëngshme me temperaturën duhet te ulet në pjesën e poshtme te pocit në përputhje me rritjen e trashësisë se silikonit solid, në mënyrë që të mbajë një normë të qëndrueshme të rritjes. Norma e rritjes është proporcionale me gradientin e temperatures që ekziston në mes të silikonit të ngurte dhe silikonit të lëngshëm.

3.1.3 Defekte të kristaleve

Në materialin polikristalinë ndodh që gjatë hapit të ngurtësimit nga silikoni i shkrirë, fenomeni i ndarjes së papastërtive të ndarjes së ndërfaqeve mes kristaleve dhe kjo prodhon një efekt të përqendrimit të këtyre atomeve përgjatë kufijve të kokrrizave. Ndarja është fenomeni kimikofizik ku në një zgjidhje të qëndrueshme e cila është formuar gjatë procesit të ngurtësimit dhe një zgjidhje të lëngshme AB, përbërësin e lëngshëm e cila ngurtësohet me një temperaturë të lartë të shkrirjes ngurtësohet me struktura amtare pa ndjerë efektin e përbërësve të tjerë të zgjidhjes (B). Kur niveli përqendrimit i papastërtive të caktuara elektrike aktive (bori në veçanti) është i lartë, fenomeni segregacionit prodhon efekte të dëmshme mbi operimin e qelizës e bërë me materialin polikristalinë. Një kristal është që përbëhet nga kokrra të shumta kristalesh të vogla të quajtura rrjeta, i përbërë nga rrjetat dhe secili ka një orientim tjetër përveç ngjitjes. Formimi i kokrrave ndodh gjatë ngurtësimit të silikonit. Ndërfaqja midis rrjetave kristalore të marra nga emri i kufijve të kokrrizave, ku një mënyrë e kristaltë mungon. Efekti i ndarjes në kristalizimin e fazes së silikonit në formën e kolonave të polikristaleve atomet e papastërtive përgjatë sipërfaqeve të kufijve të kokrrizave. Kur të vazhdojmë për prerjen e materialit në feta dhe do të kuptojmë qelizën, skajet e kokrrizave që përbëjnë shtigjet e përçueshmërisë së lartë elektrike duke shkurtuar në kryqëzimin p-n te qelizës me reduktim konsekuent të efikasitetit. Kjo është arsyeja pse qeliza diellore e silicit polikristaline zakonisht ka një të qasje më të ulët se me ato në silic monokristalinë.

25

3.2 Rritja e silicit monokristalinë 3.2.1 Metoda Czochralski

Procesi Czochralski është një teknikë e futur në sistemet e prodhimit industrial duke filluar nga vitet '50 e cila lejon për të marrë rritjen ekstreme të pastërtisë së monokristaleve. Duke pasur parasysh se silikoni ka një dendësi atomike prej 5 * 1022 cm -3, niveli i pastërtisë i arritur është një pjesë për miliard, dmth një dendësi prej papastërtive të rreth 1013 cm -3. Ky proces industrial është i punësuar kryesisht në rritjen e blloqeve të silikonit, të cilat janë të përftuara me forma procesi Ajo mban emrin e studiuesit polak Jan Czochralski cili zhvilloi atë në 1916 në atë kohë ai ishte duke studiuar kristalizimin e metaleve. Së pari, fragmente të pastrimit të silicit janë vendosur në një poç grafit me veshje silica në formë cilindrike. Poçja është futur më pas në një dhomë që përmban Argon, një gaz inert është përdorur për të parandaluar çdo lloj ndotje, dhe është sjellë në një temperaturë më të lartë se ai i shkrirjes së silikonit (1420°C). Procesi përbëhet në zhvendosje vertikale dhe njëkohësisht në një rrotullim kundër-orar i renditur te milimetra për minutë, të një silici monokristalinë të futur në silic të shkrirë. Poçja dhe bërthama janë bërë në mënyrë që të rrotullohen ngadalë në drejtime të kundërta. Pjesa e bërthamës së 'zhytur' shkrihet në silicon të lëngshëm, por pjesën e mbetur të sipërfaqes mbetet i pandryshuar. Gjatë procesit heqjes/rrotullimit një ngurtësim progresiv zhvillohet në kufirin mes bërthamës së kristalit dhe silikoni shkrin duke gjeneruar një kristal të madh të vetëm. Atomet e shkrira të silikonit kontaktojnë me bërthamën e monokristalines ngrijnë shumë shpejt nga respektimi i berthames dhe orientohen sipas një grile atomike e strukturës silic, duke formuar edhe ato një rrjetë teli monokristaline. Kontrolli rigoroz nga temperatura e materialit të shkrirë, atmosfera në dhomën dhe shpejtësia e nxjerrjes dhe rrotullimit, si dhe mungesa absolute e dridhjes, lejon prodhimin e përkryer cilindrik dhe shumë të pastër. Procesi i përshkruar zgjat disa ditë dhe çon në formimin e lingotave monokristaline edhe një meter gjatë, me një diametër deri në 30 cm.

26

Fig 3.2 Në të majtë të skemës puller i përdorur në procesin e Czochralski. Në pjesën e djathtë Faza e rritjes së monokristalit.

3.2.2 Metoda Float-Zone

Si për procesin Czochralski, me metodën e Float-Zonë është e mundur për të marrë rritjen e një kristali të cilësisë të lartë. Metoda parashikon që një barrë silikoni polikristaline është mbajtur në një pozicion vertikal dhe ndërrohet ndërsa një zone prej metali të shkrirë ajo ka kaluar ngadalë nga pjesa e poshtme drejt pjesës së sipërme të barrës. Rajoni i shkrirë ngrohet me anë të ngrohjes së induksionit të radio frekuencës (RF). Ky rajon është zhvendosur nëpër barrë, duke filluar nga një bërthamë kristali që i jep duke filluar për të kristalizuar. Papastërtitë priren të veçohen në zonën e shkrire, dhe në këtë në mënyrë është pastruar që të ngurtësohet silici. Duke përsëritur këtë disa here gjatë gjithë gjatësisë, barra është pastruar për marrjen e një përbërjeje shufre tërësisht nga një kristal i vetëm i silikonit.

27

Fig 3.3 Rritja skematike duke luajtur një shufër monokristaline nëpërmjet procesit Float-Zone

28

KAPITULLI 4 PRERJA (SHARRIMI) Pas formimit të silikonit polikristaline ose monokristaline dhe lingotave, faza tjetër është ajo e prerjes (rrethore) e shufrës për të marrë feta silici. Operacioni i pare i cili është kryer është për të prerë në krye dhe në fund të shufres në mënyrë që të marrë një sipërfaqe të sheshtë. Më vonë, shufra është e prerë për të marrë blloqe katrore (squaring). Pjesa e fundit e procesit të prerjes konsiston në prodhimin e wafers (meshës). Shufrat e silicit polikristaline janë të prerë në blloqe katrore të përmendura më lart, ndërsa ato në blloqe monokristaline me qoshe të rrumbullakosura. Ka shumë mjete dhe teknika të ndryshme për të kryer prerjen e lingotave (shufrave).

Fig 4.1 Blloqet e silicit gjatë procesit të prerjes

4.1 Grupi i prerjes Grupi i prerjes është i përbërë nga një rrip çeliku të veshura me grimca diamante të mbështjellë në formë të nje unaze. Rripi shkon mbi dy rrota alumini te drejtuara nga një motor. Blloku silikonit është vendosur në një tavolinë dhe është transportuar nga drejtimi i kasetës në lëvizje. Gjatë procesit uji është futur dhe ajri ka pastruar kasetën nga mbeturinat dhe të freskojë atë. Në të kaluarën kjo metodë ka qenë dominante në procesin e prerjes së shufrës. Dobësia e këtij procesi është, megjithatë, shuma e lartë e silikonit humbet në procesin e prerjes (1 deri 1.5 mm e humbur) dhe shpejtësia e ulët e prerjes në krahasim me teknikat e tjera të përdorura. Arsyeja për këtë në ditët e sotme është përdorimi i grupit të prerjes është i kufizuar vetëm për disa aplikacione në të cilën kjo është e nevojshme në një proces relativisht të thjeshtë operativ.

29

4.2 Prerja kabllore (e telave paralele) U paraqit makina e parë për prerjen e shufrave në industrinë fotovoltaike në ‘80, dhe u bazua në punën e Dr Charles Hauser, themelues i HCT për Formimin e Sistemeve, në Zvicër, e cila tani është një kompani e ndarjeve të Materialeve të Aplikuara. Prerja e telave paralele janë tani në ballë në industrinë që merret me prerjet e silikonit për qelizat diellore. Makina që kujdeset per procedure e prerjes përfshin një tel shumë të qëndrueshëm të hollë prej metali të mbyllur rrethor dhe udhëzon për të formuar një rrjet horizontal të përbërë nga disa (deri në 1000) tela paralele. Një motor rrotullohet dhe udhëzon duke shkaktuar të gjithë rrjetin duke lëvizur me një shpejtësi midis 5 deri në 25 m/s. Shpejtësia e telave dhe prapa saj lëvizja lineare dhe me radhë janë të rregulluara gjatë prerjes. Blloqet e silicit janë ngritur mbi pllakat që janë transportuar vertikalisht me rrjetin e telave në lëvizje, prerjen e blloqeve në wafers. Edhe pse parimi i procesit të prerjes është i thjeshtë, vështirësia është ekzekutimi i saj. Sharrimi i telave te tabelës duhet saktësisht të jete i balancuar me shpejtësinë dhe gjatësia e bllokut te ngarkuar për të arritur një produktivitet më të lartë dhe në të njëjtën kohe e minimizuar nga ndryshimet në trashësinë e meshave (wafers) dhe për të shmangur dëmtimin e telave. Vështirësia sigurisht rritet me uljen e telit dhe trashësisë së meshes. Në varësi të karakteristikave të telit të përdorur në procesin e prerjes, ne mund të ndajmë prerjen e telit në tre grupe telash, tela diamant, tela te strukturuar dhe tela slurry-based.

Fig 4.2 a) Struktura e një makine, prerja e përbërë nga një rrjet të telave metalike paralele.

30

Fig 4.2 b) Faza e prerjes

4.2.1 Telat srruly – based

Në këtë proces një slurry i përbërë nga një përzierje e silicit karabit (SIC) dhe glikol polietileni (PEG) transportohet nëpërmjet hundes nga telat në lëvizje. Silici karabit i transportuar me tela lëviz dhe shkon në mes telave dhe ul sipërfaqen e silicit dhe kryerjen e procesit të prerjes. Në vitet e fundit trashësia e wafer ka mbetur i qëndrueshëm, në midis 180 dhe 200μm, pasi që ndërtuesit e qelizave preferojnë të kenë feta të trasha për të mbajtur poshtë shkallën e këputjes. Në të njëjtën kohë, prodhuesit kanë pasur për të përdorur tela të hollë dhe kokrrat e silicit te karabit te vogël duke kryer riciklimin e slurry për të reduktuar humbjet për shkak të prerjes, dhe duke kontribuar për një përdorim më efikas të silikonit për prodhimin e qelizave diellore.

4.2.2 Telat Diamante

Në fillim të operacionit telat diamant nuk tregojnë dallime nga telat konvencionale dhe është shpartalluar me zakonin e udhëzuesit te formojnë një rrjet, që më pas do të rivendoset në një shtjellë bosh. Rrotulluesit e rradhës lëvizin rrjetin për të prerë bllokun e silikonit, i cili është montuar në një tabelë dhe i afrohet rrjetit. Dallimi qëndron në faktin se me përdorimin e telave te veshura me diamant nuk është një sistem, por është e nevojshme për të siguruar një substancë të jashtme gërryese (slurry), duke përdorur thjesht ujin si substancë ftohese. Veprimi gërryes kryhet nga sipërfaqja e diamantit te telit dhe kjo zvogëlon kompleksitetin në hartimin e makinës. Ana e poshteme është se sistemi kërkon një menaxhim të avancuar te telit, duke përfshirë sistemet e duhura dredha-dredha dhe një saktesi më e madhe në përafrimin e rrotulles, që nga telat diamant është shumë e ndjeshme ndaj lakimit dhe dridhjes gjarpëruese. Këto kufizime janë të shkaktuara nga struktura e fijes. Edhe në qoftë se struktura e brendshme është e njëjtë me një tel të zakonshëm që përdoret në proceset e prerjes, në sipërfaqen e grimcave 31

te diamantit janë ngulitur me anë të një material binder. Kjo shtresë shtesë në sipërfaqen e telit e bën atë shumë të vështirë kur ajo i nënshtrohet bending. Megjithatë, avantazh i madh për të përdorur tel diamanti është në hapjen e shpejtësise deri në 3 mm për minutë kundër 1.4 mm për minutë në sistemet e bazuar në gerryerje (slurry). Kjo çon në një rritje të madhe të produktivitetit duke reduktuar kostot operative. Përveç kësaj të prodhimit te wafers duke përdorur teknologjine e diamantit kanë një dendësi të ulët të mikro frakturave ndaj wafers e prodhuara duke përdorur gerryerjen si substancë gërryese (fig4.4).

Fig 4.3 Paraqitja skematike e procesit të prerjes duke përdorur tela diamanti dhe tela slurry(gerryerje). Në rastin e një teli diamanti, përdorimi i një sipërfaqe të caktuar gërryese kufizon formimin e zonave te thyerjes.

32

Fig 4.4 Në pjesën e majtë të figurës, përfaqësohet një tel diamanti. Grafiket tregojnë anesoret si wafers duke përdorur një tel diamanti (grafiku mbetur), ata kanë një dendësi shumë të ulët të lezioneve mikro se ato te prerë duke përdorur një fije (thread ) që përdor slurry (grafik të drejtë).

4.2.3 Tela të strukturuar

Si një alternativë për tela diamante te kompanisë se Materialeve të Aplikuara është promovuar një lloj i ri i telave i quajtur tela të strukturuar. Në qasjen tradicionale, roli kryesor i telit të përdorur në procesin e prerjes është që të sjellë një substancë gërryese (Slurry) drejt bllokut te silikonit të prerë, duke shfrytëzuar veprimin e grimcave të silicit karabit. Nëpërmjet përdorimit të një teli te strukturuar është e mundur për të rritur efikasitetin e transportit te substancave të tilla gërryese. Tipari më i rëndësishëm i këtij lloji të telit përfaqësohet nga paraqitja e shufrave. Ata janë të organizuar ose në një aeroplan lehtësues vertikal dhe horizontal, transporti me më shumë tela me material gërryes, krahasuar me një tel standard dhe duke lejuar kështu një prerje me shpejtësi madhe. Për shumë vite, kjo teknologji është përdorur për procesin e prodhimin e blloqeve katrore te silicit (squaring); tani ajo është zgjeruar edhe teknologjia e procesit te prerjes se meshes (wafering). Teknologjia është shpërndarë nga kompania Arecelor Mittal Wire Solutions, një furnizues i telave të përdorura në procesin e prerjes, me bazë në Luksemburg, në përgjigje të një kërkese të HCT formimi i sistemeve SA. Siç u përmend më parë, ajo ishte blerë në vitin 2007 nga Materialet e Aplikuara dhe u quajt Materiale të Aplikuara Zvicra SA.

Fig 4.5 a) Krahasimi i një teli të strukturuar me një fije tradicionale. Në sajë të saj struktura 'Wave'(dallge), një tel i strukturuar mund të bartin gerryerje te thellë në silic.

33

Fig 4.5 b) Vizioni i një teli të strukturuar nën një mikroskop optik.

4.3 Korrigjimi i defekteve të prerjes Pavarësisht nga metoda e përdorur për prodhimin e blloqeve katrore te silicit duke filluar nga shufrat, procesi i shkakton dëme sipërfaqes në materialin që ndikon në performancen, ne hapat pasuese, të tilla si prodhimin e pllakave. Për këtë arsye, blloqet e prodhimit te silicit nga procesi i kuadratizimit duhet t'i nënshtrohet trajtimit te gërryerjes se sipërfaqes. Bluarja dhe lustrimi janë teknikat qe jane përdorur për të korrigjuar këtë dëm te sipërfaqes. Ato gjithashtu lejojnë për të rritur forcën mekanike të një meshë, për këtë arsye ata janë përdorur edhe në operacionet e mëvonshme për prerjen ne feta (Wafering). Duke marrë parasysh prodhimin e blloqeve te silikonit nga procesi squaring, prerjet këndore te blloqeve të tilla janë zbutur në një proces të quajtur Chamfering (reduktimit te pjeseve te teperta), kryesisht për transportimin e lehtë te tyre. Në kapitullin e ardhshëm të kësaj teze do te trajtojme çështjen e heqjes së demit te sipërfaqes me gravurë kimike.

34

4.4 Riciklimi i silikonit Pothuajse 50% e silikonit te përdorur në të gjithë procesin është humbur në funksionimin e prerjes (përqindja bazohet në meshë që ka një trashësi prej 200μm, duke perdorur nje trashesi prej 140μm tela të trashë), dhe humbjet-rritjet me rënien trashësi me të cilat fetat janë prerë. Prandaj riciklimi i silikonit është prioritet kyç për uljen e kostove të prodhimit. Deri më tani ka qenë e pamundur për të marrë këtë, e për proceset e punuar si slurry(gerryerja), si një material gërryes prerje, që nga pluhuri I silicit te karabit (SIC) është plotësisht i përzier me mbeturina silikoni që dalin nga përpunimet. Në mbeturinat e prodhuara nga operacioni I prerjes shpesh ndodh oksidimi dhe tjetra, përbërjet kimike te silikonit, të tilla si prania e papastërtive shumta metalike që dalin nga telat. Uji duket qe të jetë zgjidhja më e mirë sa i përket per përpjekjen e riciklimit te silicit. Megjithatë, në këtë kohë nuk ka zgjidhje reale për të zgjidhur problemin. Disa grupe kërkimore, të tilla si Universiteti i Tokios, kanë arritur rezultate positive të paktën për sa i përket kërkimeve në laborator. Procesi i riciklimit fillon me një proces pastrimi nga përdorimi i ujit për të ndarë aditivët e përdorura gjatë fazes se prerjes, e pasuar nga një trajtim me tretës alkooli me bazë për të reduktuar më shumë përmbajtje organike. seanca të shumëfishta te pastrimit janë kryer në një mënyrë të saktë. Përzierja e rezultuar është tharë në temperaturë të ulët, por e mjaftueshme të zhduke të gjitha gjurmët e ujit. Deri në këtë pike ndotja organike eshte ulur në më pak se 10%. Në një trajtim të mëvonshëm te ngrohjes, me temperature qe nuk i kalojne 850°C, të inkluzioneve në lidhje me komponentet e karbonit janë hequr. Në varësi në shkallën e oksidimit të silikonit në sipërfaqe, ajo vazhdon për një trajtim të bazuar në acid hidrofluorik (HF), ose në fazën e lëngshme ose në fazën e gazit. Pas këtyre fazave silici ende ka papastërti metalike të tilla si hekuri dhe nikeli, me origjinë nga humbja e pjesës së materialit te telit. Ata do të ndahen në procesin e drejtuar nga ngurtësimi qe jane përdorur në formimin e shufrave polikristaline.

KAPITULLI 5 HEQJA E ÇDO SIPËRFAQE DHE CILËSIA (TEXTURING) Për shkak të procesit të prerjes, në sipërfaqen e meshës janë frakturat vogla me një thellësi prej rreth 10μm. Dëmet e sipërfaqes duhet të hiqen nga sipërfaqja sepse ato shkaktojnë uljen e forcës mekanike të meshës dhe rritjen e rikombinimit elektronik në rajonin e sipërfaqes. Këto dëme te sipërfaqes mund të hiqen me anë të gravurës kimike.

35

5.1 Gravura Ne prodhimin e pllakave, termi gravurë i referohet procesit të heqjes së materialit nga meshë. Ka dy lloje kryesore të gravures: gravurë e thatë dhe gravurë e lagësht.

5.1.1 Gravura e thatë

Gravurë e thatë ('gravurë e thatë') është një proces që nuk përdor kimikate ose reagjente te lëngshëm për të hequr materialin, duke gjeneruar vetëm paqëndrueshmerine e produkteve gjatë procesit. Ajo mund të shoqërohet me reaksionet kimike që konsumojnë material, me anë të gazrave reaktive ose të plazmës, ose nga largimet fizike të materialit, nga transferimi i momentit. Plazma e gravurës (plazma gravurë) është një shembull i një lloji të teknikës se gravures se thatë. Në te kjo teknikë është fillimisht e vazhduar me gjenerimin e specieve reaktive të oksigjenit në një plazma, e cila do të shpërndahet mbi sipërfaqe për të sulmuar. Një plazma është një gaz jonizues cili përmban për të njëjtën sasi të joneve pozitive dhe negative të joneve, te cilat mund t'i nënshtrohen ndikimit te një fushë magnetike ose nje fushe elektrike. Plazma e përdorur në gravurën e thatë është zakonisht shumë pak jonizuese. Në një gravurë plazma ato janë të krijuara në plazmën e specieve kimike neutrale, e cila u përhap deri në substrate, duke reaguar me sipërfaqen dhe gjenerimin e produkteve të paqëndrueshme. Roli plazmes prandaj, është, që tu sigurojë specieve reaktive të gazta.

5.1.2 Gravura e lagësht

Gravurë lagësht ( 'gravurë lagësht') është një proces që përdor lëndë kimike ose reagents lëngshme për të hequr materiale nga meshë, në përgjithësi duke përdorur të veçantë skemat e përcaktuara me maska të vendosura në meshë. Materialet që nuk mbulohen nga këto maska janë hequr nga kimikatet, ndërsa ato të mbuluara kanë mbetur pothuajse e paprekur. Këto maska janë prodhuar nëpërmjet një procesi litografike. Në përgjithësi, procesi konsiston në shpërbërjen e materialit që do të hiqen në një tretës të lëngshme, pa ndryshuar natyrën kimike të materialit të tretur. Janë zakonisht prodhuar një ose më shumë reaksione kimike që konsumojnë reagents origjinale prodhuar lloje të reja. Procesi fillon substanca përhapur që prodhojnë sulmi në drejtim të sipërfaqes për të hequr. Më pas, një reagim ndodh në mes të këto substanca dhe materiale të hiqet me lirimin e nënprodukteve reaksioni nga sipërfaqja. Gravurë lagësht është përgjithësisht isotropic, dmth të ardhurat të gjitha drejtimet me të njëjtën shpejtësi.

36

5.2 Procedura për heqjen e sipërfaqes së dëmtuar Në procedurën e heqjes së dëmtimit sipërfaqësor janë përdorur dy lloje të zgjidhjeve kimike:  

SULMET KIMIKE: përdoret një përzierje e acidit nitrik (HNO3), acidit fluorid (HF) dhe acidit acetik (CH3COOH) SULMET ALKALINE: përdoret një përzierje e hidroksidit të kaliumit (KOH) ose Hidroksidit të sodium (NaOH) me ujë.

Reaksioni që lejon sulmin kimik mund të formulohet në këtë mënyrë: Si + 2H2 O + HO- --- > HSiO3 + H2 Kjo ndodh në tre hapa: 1- Oksidimi i silikonit; 2- Formimi i kripës së tretshme; 3- Shpërbërja e kripës në ujë Sipërfaqja e gravurës mund të jetë izotropike ose anizotropike në varësi të kushteve. Një gravurë izotropike çon në heqjen uniforme të sipërfaqes, ndërsa një gravurë anizotropike përfshin një sulm të parregullt të ndryshmeve të orientimeve kristalografike. Në rastin e një meshë në silikonin monokristalinë, kjo anisotropi çon në formimin e katrorëve bazuar piramidave të vogla të shpërndara në mënyrë rastësore në sipërfaqen e meshës me orientimin e sipërfaqes ; (orientimi kristalografik përcaktohet sipas treguesit Miller). Për të përmirësuar uniformitetin lateral dhe anisotropinë e proçesit të gravurës është shtuar në zgjidhje kimike alkool izopropili.

5.3 Influenca (ndikimi) në efikasitet Efikasiteti i një qelizë diellore varet fuqimisht në thellësinë e sipërfaqes së arritur në fazën e gravurës. Nëse nuk kemi arritur një thellësi të përshtatshme, defektet e kristaleve, duke rezultuar në uljen e tensionit, eliminohen në qark të hapur dhe qark të shkurtër. Në qoftë se në të kundërtën thellësia e arritur është shumë e lartë, vrazhdësia e sipërfaqes rrit rikombinimin e sipërfaqes. Performanca më e mirë për një qelizë diellore është gjetur në thellësitë midis 4 μm dhe 5 μm.

37

5.4 Cilësia (Texturing) Procesi i përshkruar, i cili çon në formimin e një sipërfaqe të përafërt, i përbërë nga piramidat e vendosura rastësisht mbi të, ajo është quajtur texturing (cilësia). Nëpërmjet operacionit të texturing (cilësisë) është zvogëluar në masë të madhe reflektimi i qelizës diellore, nga 35% deri 12%. Sa më i madh të jetë rrezatimi diellor që depërton në qelizë që të pasqyrohet, dhe probabiliteti i lartë sesi një foton në sipërfaqen e qelizës mund të marri pjesë në procesin e fotonit të gjeneratës. Një tjetër lloj i texturing (cilësisë), sipërfaqja e përdorur është 'texturing e një piramidë të kundërt.' Duke përdorur këtë teknikë, piramidat tipike që janë formuar gjatë sulmit kanë sipërfaqen e treguar drejt në pjesën e brendshme të qelizës. Në fig.5.1 ju mund të vëreni dallimin në mes këtyre dy llojeve të texturing (cilësisë).

Fig 5.1 a) Texturing me një katror të bazuar në piramida;

38

Fig 5.1 b) Texturing për piramidat e përmbysura Wafers e silikonit polikristalinë nuk mund të përdorim metodat e përshkruara më parë, ajo është dhënë që morfologjia karakteristike e sipërfaqes mund të arrihet vetëm kur sipërfaqja jep orientim të kristaltë të tipit . Për waferet e silicit polikristalinë vetëm një pjesë e vogël e ka sipërfaqen që kërkojnë orientimin dhe si pasojë me teknikat e mësipërme nuk mund të bëhet. Në përgjithësi wafers e silicit polikristaline trajtohen me anë të teknikave të fotolitografie ose të gravurës së sipërfaqes me anë të prerjeve të veçanta mekanike ose formësimin me lazer të sipërfaqes në një formë të përshtatshme. Në fig 5.2 është treguar një sipërfaqe, ku në të cilin një proces fotolitografik i texturing (cilësisë) është përdorur.

Fig 5.2 Texturing duke përdorur procesin e fotolitografik. Procesi përfshin një morfologji ‘për kubet’.

5.5 Drita e incidentit Në një qelizë diellore, të gjithë dritën e incidentit, vetëm pjesa refraktuar mund të absorbohet nga materiali për prodhimin e një palë elektrone-vrimë. Për të ulur pasqyrimin e dritës pamë proçesin e texturing duke e kryer në sipërfaqen e qelizës. Përveç shmangies për reflektimin e dritës, duhet të mbajmë mend se në qoftë se rrezatimi i incidentit nuk është zhytur në një gjatësi prej difuzionit të kryqëzimit, transportuesit foto-gjeneruese janë të humbur për tu rikombinuar. Një qelizë e mire diellore duhet të ketë një sistem 'dritë të bllokuar' (kostume solemne të lehta trapping) me anë të të cilit është e mundur për të marrë një gjatësi optike në rrugën e dritës, shumë më të mëdha se sa trashësia e pajisjes. Gjatësia në rrugën optike i është referuar distancës që një foton absorbohet, mund të mbajë në brendësi të pajisjes para daljes nga pajisja e vetë. Nje qelize diellore pa një sistem drite ka një rrugë optike që krahasohet me trashësinë e pajisjes, gjatë 39

përdorimit të sistemit të paraqitur në gjatësinë e rrugës optike është barabarte me 50 herë të trashësisë së pajisjes. Në rastin e fundit do të thotë se drita, para se të shkojë jashtë, kërcen mbrapa dhe me radhë disa herë brenda qelizës. Drita e zënë arrihet duke ndryshuar këndin në të cilën një rreze dritë udhëton brenda qelizës, duke e bërë rreze të incidentit në një sipërfaqe anglede. Për këtë arsye, proçesi texturing mundëson jo vetëm për të reduktuar reflektimin e rrezatimeve aksidentale të qelizave, por edhe për animin e rrezeve të cilat depërtojnë në pajisje në mënyrë të tillë si për të rritur gjatësinë optike dhe rrugën e vetë rrezeve. Kjo përfshin një probabilitet më të madh të gjeneruar nga një palë elektron-vrimë të cilët janë në gjendje të marrin pjesë në proçesin fotovoltaik. Këndi në të cilën drita e incidentit është refraktuar në gjysmëpërçues varet nga ligji i Snell: n1 senθ1 = n2 senθ2  Ligji i Snell

Fig 5.3 a) Thyerja e dritës sipas ligjit të Snell;

40

Fig 5.3 b) Thyerja dhe reflektimi i dritës në një sipërfaqe në të cilën ka ndodhur proçesi texturing. θ1 dhe θ2 tregojnë këndet që format e lehta të rrezeve normale në sipërfaqen e ndarjes së dy mediave që kanë tregues të ndryshëm të thyerjes. Në rastin tonë n1 tregon indeks refraktiv nga ajri, nga e cila vjen rreze, ndërsa n2 referohet si indeksi i thyerjes së silikonit. Në Fig 5.3 a) është paraqitur në mënyrë skematike fenomeni i thyerjes së dritës në kufirin mes dy mediave me indeks thyes të ndryshme. Rishkrimi i ligjit të Snell, ne mund të llogarisim këndin me të cilat drita është e refraktuar në gjysmëpërçues: θ2=sen−1 (

n2 senθ1 ) n1

Në Fig 5.3 b) është treguar fenomeni i thyerjes dhe pasqyrimi i një rreze i incidentit të dritës në një sipërfaqe në të cilën proçesi texturing ka ndodhur. Nëse drita kalon nga një medium i dendur për më pak të dendura (ose në qoftë se n1 > n2), Ligji i Snell bëhet i pakuptimtë për vlerat θ 1 mbi një vlerë e cila quhet këndi kritik (θcrit): θcrit =arcsen(

n2 ) n1

Kur këndi i incidencës θ1 > θcrit nuk duket asnjë dritë e rrezeve refraktar, aksidenti i nënshtrohet pasqyrimit të përgjithshëm të brendshëm, sepse operon ndërfaqen. Duke përdorur dukurinë e reflektimit të përgjithshëm të brendshëm, lehtësisht mund të jenë të bllokuar brenda qelizës, duke qenë në gjendje për të mbajtur një nivel të lartë të gjatësisë të rrugës optike.

41

Fig 5.4 a) Reflektimi i brendshëm i dritës në një qelizë diellore ku sipërfaqja e parë dhe ajo e pasme të cilat që i janë nënshtruar një procesi texturing.

42

Fig 5.4 b) Rasti ku sipërfaqet nuk janë trajtuar në mënyrë që të rrisë rrugën optike të dritës brenda qelizës.

Me qëllim për të shfrytëzuar fenomenin e reflektimit total të brendshëm është e nevojshme që pjesa e pasme e një qelizë diellore është pasqyruese, në mënyrë që të kthehen drita në brendësi të pajisjes. Nëse gjithashtu kryhet edhe texturing për pjesën e pasme të qelizës, është rritur gjatësia e rrugës optik të dritës, i cili, para daljes së qelizës, kryen kërcime të shumta. Në fig 5.4 b) është paraqitur në formë skematike, rasti i një qelizë diellore nëse nuk ka një sipërfaqe texturing, me pjesën e pasme të qelizës jo-reflektuese. Në në këtë mënyrë drita kalon nëpër qeliza të bëra një rrugë të vogël optike të rëndësishme. Në fig 5.4 a) në vend të kësaj është e përfaqësuar një qelizë në të cilën të dy parat dhe e pasmja janë trajtuar me një procedurë texturing, me reflektimin në fund të qelizës. Me këtë strukturë, ne mund të përfitojnë nga fenomeni i përgjithshëm i brendshëm i reflektimit, që zënë dritën brenda qelizës fotovoltaike.

5.6 Pastrimi Pasi procesi i texturing të wafers janë pastruar dhe trajtohen me agjentë të veçantë në një proces të pastrimit kimik. Në këtë fazë, wafers duhet të lahen në ujë të dejonizuar, pastrohen me acid klorhidrik (HCl), shpëlahet përsëri në ujë të dejonizuar, pastrohen me acid hidrofluorik (HF), shpëlahen përsëri në ujë të dejonizuar dhe në fund thahen me ajër të nxehtë. Veprimi i acidit klorhidrik largon papastërtitë metalike nga sipërfaqja e meshës. Acidi hidrofluorik largon dioksidin e silicit dhe lejon formimin e një sipërfaqe të ujit. Procesi i largimit të demit të sipërfaqes, texturing dhe pastrimi janë kryer sipas një standardi të automatizuar. Wafers janë të rregulluar në kontejnerë që lejojnë kimikatet për të sulmuar gjithë sipërfaqen. Ata janë të zhvendosur nga këto enë automatikisht nga një tank në një tjetër, të cilat janë të mbushura me 43

kimikate dhe ujë për procesin e gravurës, pastrimit, shpëlarjes dhe tharjes. Për të kontrolluar procesin, kontejnerët janë të peshuar para dhe pas sulmit kimik duke përcaktuar thellësinë e sulmit të depërtimit nga një peshë dallimi.

KAPITULLI 6 DOPING Doping nga një qelizë diellore është proces me të cilin papastërtitë (atomet) janë futur në silikon. Papastërtitë mund të jenë ose atomet pranuese (të tilla si bor), të dyja atome donatore (siç është fosfor). Rezultati përfundimtar është disponueshmëria e transportuesit falas. Për realizimin e qelizave apo qarqeve të integruara diellore, teknologjia më e përhapur përdor si material fillestar silikonin të tipit p ose tipit n. Silici i shkrirë është pasuruar me dopants, të tilla si bor trivalent (silic i tipit p), para shtimit të cilindrit dhe formimin e shufrës. Në përgjithësi substrate është stimuluar me tipin p, kështu për të formuar kryqëzimin P-N e një qelizë fotovoltaike, është e nevojshme për të futur papastërtitë pentavalente (donatorëve të atomeve) sipas specifikimeve teknike. Teknikat më të përdorura gjerësisht për doping e silicit janë:  

Implantimi i joneve Difuzioni

44

6.1 Difuzioni (Përhapja) Përhapja është sigurisht teknika më e përdorur gjerësisht për doping e silicit në industrinë e PV. Proçesi është kryesisht i varur nga temperatura dhe është aktivizuar termikisht. Me rritjen e temperaturës (që është, me rritjen e vibracioneve termike) atomet brenda materialit lëvizin me lëvizje thjesht rastësore. Varësia e difuzionit të temperaturës është shprehur nga ekuacioni Arrhenius: D=D0∗e

−∆ Q RT

Ku:     

D – koeficienti i difuzionit ekspres në cm2/s D0 – konstante ∆Q – energjia e aktivizimit R – konstante universal e gazit T – temperature e shprehur në Kelvin

Doping nga difuzioni zakonisht ndodh në një gaz të rrjedhshëm në furrat analoge me ato që përdoren në procesin e oksidimit termik. Për shkak të varësisë në mënyrë eksponenciale në temperaturën e koeficientit të difuzionit, është e nevojshme për të kontrolluar temperatura të sakta në vetvete; disa shkallë të gabimit mund të çojnë në ndryshime të ndjeshme në vlerën e D, dhe pastaj të profilit doping që ka për qëllim të arrijë. Papastërtitë e futura të jenë active dhe të veprojnë si një donator apo atomet si pranuesi duhet të jenë në pozitën e grilës kristalore, e thënë si qëndrimi zëvendësues.

45

Fig 6.1 Në figurë tregohen pozicionet aktive (pozicionet zëvendësues) dhe ato joaktive (pozicione intersticiale) Atomet e future, në vend që të zënë një pozicion të ndryshëm nuk janë aktive, si atomet në pozicionin intersticiale, siç tregohet në fig 6.1. Pas fazës së parë të depozitimit dhe difuzionit kërkohet një fazë e dytë në një temperaturë të lartë, por të lejojë të gjitha papastërtitë e futura në gjysmëpërçues për të zënë poste zëvendësuese, duke u bërë aktive. Procesi i difuzionit është kryer në dy operacione të njëpasnjëshme: 1- Pre – Depozitimi 2- Difuzioni (Drive – in)

6.1.1 Pre – Depozitimi

Në këtë fazë sasia e dëshiruar të atomeve dopant është futur në një film trashë disa mijëra angstrom (10-10 m). Për të futur sasi të caktuar të atomeve, të wafers ata janë të vendosur brenda një reaktori prej kuarci, përmes të cilit rrjedh dhe gazi mbartës (zakonisht azot, me shtimin e një 46

përqindje të vogël të oksigjenit) i pasuruar nga avujt që përmbajnë elementin doping që duam të fusim në silikon. Temperaturat tipike para depozitimit janë 900-1000°C, por gjithashtu mund të rritet në 1200-1250°C për pre-depozitimi 'të rënda', si për difuzionin e izolimit ose për formimin e shtresave të varrosura. Herë mund të ndryshojnë nga disa minuta deri në disa dhjetëra minuta. Pranuesi kryesor për silicin është bori (tipi i dopingut p), ndërsa sa i përket donatorëve kryesore, janë fosfor (P), arsenic (As) dhe antimon (Sb) të tipit të dopingut p (n-type doping). Burimet Dopant janë të përbërë nga komponimet kimike në të ngurta, të lëngshme apo të gaztë donator si element apo pranuesi. Disa shembuj të burimeve të gjendjeve të gaztë janë diborane (B2H6) për pranuesin dhe phosphine (PH3), arsine (AsH3) dhe stibine (SbH3) për dhuruesit. Në fazën e predeposition këto komponime të gazta janë futur në furrën, aty ku reagimet kimike janë shkaktuar nga temperaturat e larta dhe shkaktojnë formimin e oksideve të cilat, nga ana e tyre, reagojnë me silicin pa elementin e dopingut. Çfarëdo burim dopingu i përdorur, duhet të zgjedhim parametrat e procesit, të tilla si temperatura dhe përbërja e atmosferës së gazit në reaktor, në mënyrë që të marrim konstanten e përqendrimit të dopant në sipërfaqen e silikonit, për një kohëzgjatje pre-depozitimit. Në këtë mënyrë, procesi është i ngjashëm me përhapjen nga një burim në një koncentrim të vazhdueshëm të një zgjerimi shumë të madh sesa kristali i stimuluar (burim i pafund). Për këtë arsye, pre-depozitimit është thënë gjithashtu hapja e një burimi pafund.

6.1.2 Difuzioni (Drive – in)

Pas hapit të meshës së silicit pre-depozitimit janë vënë përsëri në furrë në mënyrë që dopants, e futur në fazën e mëparshme, të përhapen në brendësi të gjysmëpërçuesve. Temperaturat me të cilat është kryer procesi janë duke filluar nga 1000-1200°C, me kohën që variojnë nga disa dhjetëra minuta, deri në disa orë. Ky operacion, i quajtur Drive-in, është bërë zakonisht në një atmosferë oksidimi të thatë ose avulli, në mënyrë që të formohet në gjysmëpërçues sipërfaqe e një shtresë e oksidimit, shpesh disa mijëra angstrom, i cili nuk lejon arratisjen drejt pjesës e jashtme të Dopant dhe siguron maskimin e oksidit për fazat e mëvonshme të fotoengraving.

47

Fig 6.2 Skema paraqet një sistem tipik në përdorimin e dopingut për difuzionin

6.1.3 Koncentrimi i përqendrimit të atomeve Dopant

Ne mund të shprehim rrjedhën e atomeve dopant në një rajon nëpërmjet raportit të rendit të parë: F=−D

  

∂C ∂x

(Ek 6.1)

D është difuzitiviteti dhe shpreh lehtësinë me të cilën atomet doping lëvizin në grilë. C tregon përqëndrimin e atomeve doping X shpreh thellësinë e arritur në sipërfaqe, duke e konsideruar në një-dimensionale të difuzionit

Konsiderojmë tani marrëdhënien e mëposhtme: ∂C ( x) −∂ F = ∂t ∂x ∂C ∂2 C =D 2 ∂t ∂x

; kombinojmë ekuacionin 6.1 me një të vetëm, ku gjendet:

(Ek 6.2)

Ekuacioni 6.2 është gjithashtu e thënë se ligji i dytë Fick; t është koha. Për thjeshtësi, supozojmë se koeficienti difuzionit D është i pavarur nga x dhe nga përqëndrimi C.

48

Zgjidhjet e ekuacionit 6.2 janë marrë në raste të veçanta, duke marrë parasysh të ashtuquajturat kushtet kufitare:

  

C(x,t0) = 0 C(0,t) = CS C(∞, t) = 0

Cs është tretshmëria, dhe tregon se koncentrimi maksimal që Dopant mund të ketë në sipërfaqen e silikonit. Me këto kushte të gjitha zgjidhjet e ek. 6.2 mund të shkruhen në këtë formë: ∞

x 2 Cs C ( x ,t )=Cs erfc = ∫ dv π 2 √ Dt x/ 2 Dt

(

)

√

ƞ

−v 2

e

Ek. 6.3

2 erfc ( ƞ ) =1−erf ( ƞ )=1− ∫ e−v dv √π 0 2

erf (*) përcaktohet si funksion gabim. Termi 2

√ Dt tregon gjatësinë e përhapur L, i cili

përshkruan thellësinë e lëvizjes të Dopantit. Ekuacioni 6.2 tregon se, në bazë të kushteve të përshtatshme kufitare, atomet doping kanë një shpërndarje që përafron funksionin plotësues të gabimit (të përcaktuar si 1 - erf (*)). Integrimi C(x, t) në lidhje me x ne marrim densitetin total N të atomeve doping të prezantuar nga difuzioni: C ( x ,t ) dx=¿ 2 ∞

√

Dt C π S

N ' =∫ ¿ 0

49

Fig 6.3 Trendi i përqendrimit të atomeve doping në funksion të thellësisë x nga sipërfaqja. Kjo mund të shihet sesi përqendrimi është shpërndarë pas fazës së drive-in, të cilat depërtojnë në një thellësi më të madhe.

50

Fig 6.4 Në figurë shihet se rritja e kohës së difuzionit të listës dhe përqendrimi i atomeve të paraqitura është e sheshuar, përafrimi i një metode Gaussian.

Fig 6.5 Figura tregon trendin e përqendrimit gjatë hapit të pre-depozitimit dhe pas fazës së Drive-In. Dhe modeli aktual i përshkruar te përqendrimi i atomeve doping (kurba e thyer e gjelbërt). 51

Shuma e ΔC treguar në fig 6.5 është gabimi që në mënyrë të pashmangshme penalizon në fazën e projektimit dhe në vlerësimin e përqendrimit e futjes së Dopant. Si rezultat i kësaj, modeli aktual i përqendrimit C pas hapit të drive-in është shprehur nga kurba në fig 6.5 me ngjyrë të gjelbër, me një lëvizje më të madhe Dopant në silikonin se sa pritej në fazën e projektimit. Zgjidhjet për këtë problem mund të gjenden në bazë të përvojës së mëparshme dhe duke u përpjekur për të vlerësuar të çojmë përpara gabimin Δx.

6.2 Implantimi jonik Implantimi jonik është një proces në të cilin jonet janë futur në një gjysmëpërçues, duke ndryshuar vetitë fizike. Kjo teknikë është më e përdorura në procesin e gjysmëpërçuesve doping, në prodhimin e qarqeve të integruara. Atomet doping janë jonizues të futur të parë dhe pastaj të përshpejtuara nga një fushë elektrike duke blerë energji të lartë (zakonisht në mes të 25 dhe 200 KeV). Një rreze e përbërë prej këtyre joneve të larta të energjisë në sipërfaqen e gjysmëpërçuesve, janë depërtuar në zonat e ekspozuara të meshës. Materiali me të cilin është formuar maska mbrojtëse mund të jetë një oksidim ose një tjetër shtresë e përdorur në njëjtën strukturë në qarkun e integruar. Në mënyrë tipike jonet depërtojnë në një thellësi prej më pak se 1 μm nën sipërfaqe, duke shkaktuar dëme të konsiderueshme me strukturën kristaline gjatë hapit të implantimit. Për të mundësuar rrjetin e strukturën e saj kristalore, është e nevojshme për të sjellë materiale të temperaturave të larta, ngrohjen e meshës. Ky proces quhet pjekja. Kalitja në formë përbëhet nga një pjekje me kohëzgjatje të shkurtër (me lazer ose furrë) të materialeve gjysmëpërçues. Siç u tha, gjatë implementimit të nënshtrohet kristali, dëmi i shkaktuar nga transferimi i energjisë nga joni në grilë, rritja e mundësisë për të pasur jonet Dopant të vendosura në pozicion intersticiale dhe për këtë arsye nuk është aktive. Pjekja në këtë mënyrë duket si trajtim termik synon riparimin e demit të grilës dhe aktivizimi i joneve dopant, të cilat do të zënë zonat aktive të grilë (pozitën zëvendësuese). Nëse e dëshirojmë, pas së cilës jonet ishin futur, ato mund të rishpërndahen përmes një pasuesi të difuzionit.

52

Fig 6.6 Paraqitja skematike e sistemit të përdorur në një proces të implementimit jonik. Teknika e implantimit të joneve lejon kontrollin e saktë mbi dendësinë e dopants (atomet/cm 2) që të hyjë në meshë. Që nga futja e atomeve janë transportuar si jone të ngarkuara elektrikisht, ato mund të numërohen gjatë implantimit nga një aparat i ndjeshëm ndaj shtyllave, i pozicionuar në afërsi të rrugës së rrezes së incidentit. Rrezja mund të ndalet kur arrin një numër i mjaftueshëm i joneve për procesin e implantimit. Dozat e paraqitura zakonisht duke filluar në mes të 10 11 të më shumë se 1016 atomeve/cm2. Një doping i lartë mund të ofrojë përqëndrimin e atomeve dopant të nevojshme për të krijuar një kontakt të ulët rezistence ohmike në silikon. Vlerat tipike të rrymave të joneve janë të rendit të 1mA, kjo korrespondon me një rrjedhë prej 6.25 * 10 15 të joneve për sekondë. Përveç një shumë të kontrollit dozës së saktë totale të futur, procesi i lejon futjen e specieve doping. Kjo pastërti është arritur duke përdorur një spektromatës masiv afër me burimin e atomeve të futura, në mënyrë që të klasifikojë specie jonike dhe të lejojnë vetëm speciet e dëshiruara për të arritur në sipërfaqen e meshës.

53

Fig 6.7 Shpërndarja e përqendrimit (logaritmit të përqendrimit) e papastërtive në hapat e implantimit të jonit dhe rikristalizimi. Në abshisë, X përfaqëson thellësinë nga sipërfaqja. Në fig 6.7 kjo tregon shpërndarjen e përqendrimit të papastërtive të futura me anë të implantimit. Në fazat e mëvonshme të rikristalizimit, në të cilën kristali rimëkëmbet, cilësitë retikulare që ai zotëronte para bombardimeve të joneve, kthesa shkatërrohej gjithnjë e më shumë me rritjen e kohës, në bazë të një shpërndarje Gaussiane. Procesi pjekjes pastaj shkakton një pjesë të madhe të rishpërndarjes së përqendrimit Dopant.

6.2.1 Kanalizimi

Kanalizimi është një fenomen që ndodh gjatë procesit të ngulitjeve të joneve në substrate monokristalinë. Kjo ndodh kur jonet e incidentit hyjnë në grilë me drejtime që lejojnë ata për tu kanalizuar përgjatë rrugëve që nuk ndërveprojnë me grilën kristalore. Në këtë mënyrë jonet janë në gjendje të depërtojnë shumë më tepër në thellësinë se në modelin e dëshiruar. Në shumicën e rasteve kjo është një dukuri e padëshiruar, dhe është në marrëdhënie të ngushtë me kendin e incidencës të rrezes të formës jonike me sipërfaqen e meshës. Një mënyrë për të zbutur efektet e kanalizimit është për animin e meshës deri në rrezen jonike dhe bushtit të kristaltë, forma kryesore është një kënd prej rreth 7° gjatë procedures së implantimit. Përndryshe, ne mund të korrigjojmë problemin duke u përpjekur të parashikojmë trendin e shpërndarjeve të joneve dhe kryerjen e implantimit në një substrate silici të mbuluar nga një shtresë e oksidimit, në të cilën do jenë jonet e implantuar që do të formojnë shpërndarjen e padëshiruar.

54

KAPITULLI 7 MBULIMI VERBUES ANTI-SHKËLQIM Pas krijimit të kryqëzimit p-n përmes procesit të difuzionit termik, është e nevojshme për të hequr oksidet sipërfaqësore të formuara gjatë operacionit të mëparshëm, nga sulmi acideve. Oksidet fshihen në sipërfaqe, faza e ardhshme e prodhimit e qelizave fotovoltaike është e fokusuar në krijimin e veshjeve të veçanta, të cilat kanë mënyrë për të kufizuar më tej reflektimin e dritës nga qeliza: është fjala për veshje anti-reflektive (ARC në anglisht, Coatings AntiReflection). Veshjet anti-reflektive zbatohen për qelizat diellore që janë të ngjashme me ato që përdoren në fushën e optikës, si lentet në një aparat fotografik. Parimi i tyre i operacionit është i bazuar në efektin e ndërhyrjes. Ato përbëhen nga një shtresë e hollë e materialeve dielektrike, me një trashësi të zgjedhur në mënyrë që efektet e ndërhyrjes në veshje të bëjë valën të pasqyrohet nga sipërfaqja e sipërme e shtresës së anti-reflektimit jashtë fazës në krahasim me valën që reflektohet në ndërfaqen e ndarjes në midis shtresës dhe gjysmëpërçuesve.

55

Fig 7.1 Përfaqësimi i fenomeneve konstruktive dhe destruktive në ndërhyrjen e lidhjes në trashësinë e shtresës së anti-reflektimit. Në fig7.1 është paraqitur efekti i një shtrese anti-llamburit. Respektivisht n0, n1, n2 tregojnë indekset e thyerjes së ajrit, shtresën anti-reflektive dhe gjysmëpërçuesit. Drita reflektohet nga ndërfaqja e dytë (ARC/silikon, n1/n2) kthen në drejtimin e ndërfaqes së parë (aria/ARC, n0/n1) 180° nga faza e tij në lidhje me dritën që reflektohet nga ndërfaqja e parë, e anulon atë. Kur kjo ndodh flitet për ndërhyrje destruktive në mes të dy valëve, me rezultat që është transferuar brenda qelizës. Efekti është fort i varur nga trashësia e shtresës së përdorur. Në pjesën e djathtë të figurës 7.1 vihet re sesi përdorimi i një shtresë të trashë ka shkaktuar reflektimin e dritës të incidentit, për shkak të ndërhyrjes konstruktive në mes të valëve të reflektuara.

56

Trashësia e një ARC është zgjedhur në mënyrë që gjatësia e valës në material dielektrik është një e katërta e gjatësisë së valës së rrezatimit të incidentit. Ndërsa një shtresë anti-llamburite ka indeks thyerje n1, dhe një gjatësi vale λ0 në vakum të dritës së incidentit, d1 është trashësia që shkakton pasqyrimin ajo është e vendosur në mënyrë të tillë: d 1=

λ0 4 n1

Reflektimi i dritës që godet sipërfaqen e qelizës mund të jetë me ARC që reduktohet në qoftë se indeksi thyerjes është mesatarja gjeometrike midis indekseve të thyerjes n0 dhe n2 (atëherë mesatarja gjeometrike mes indeksit thyes të ajrit, në rastin tonë, dhe të silikonit). Kjo gjendje është shprehur si: n 1=√ n0 n2 Duke përdorur ekuacionet e shkruara më sipër, reflektimi mund të reduktohet në zero, duke e vendosur në trashësi fikse ARC, indeksi thyerjes së veshjes dhe gjatësia e valës e rrezatimit të incidentit. Megjithatë, pasi indeksi thyerjes është i varur në gjatësinë e valës, ajo është e mundur për të marrë reflektimin vetëm për një gjatësi vale të vetme. Që një qelizë diellore, rrezatimi i incidentit është i përbërë nga rrezatimi elektromagnetik, të cilat kanë gjatesi vale në spektrin duke filluar nga 100 deri në 800 nm, me një trashësi dhe një indeks thyerje për aplikimet fotovoltaike që zgjidhen nga materiali i anti-reflektimit, të tilla si për të minimizuar reflektimin për një gjatësi një gjatësi vale 0.6 μm. Kjo gjatësi vale është zgjedhur për shkak se ajo është afër të fuqisë së spektrit diellor.

57

Fig 7.2 Sipërfaqja e reflektimit (në përqindje) e nje qelize diellore silikoni, me ose pa një shtresë anti-pasqyrimi, në funksion të gjatësisë së valës (në μm). Në fig 7.2 mund të shihet si rritet reflektimi i sipërfaqes në një qelizë në silikon që nuk përdorin një shtresë anti-reflektive. Ajo është gjithashtu prezantim i prirjes për një qelizë diellore që përdor një shtresë anti-pasqyrimi optimale me një indeks thyerje n=2.3. Kjo mund të vërehet në rastin e fundit, si, në gjatësinë e valës 0.6 μm e cituar më parë, reflektimi është zero dhe gjithë rrezatimi është zhytur nga qeliza. Shtresa anti-pasqyruese është bërë në përgjithësi nga nitridet e silicit (SiNx) nëpërmjet një teknikë të quajtur sputtering. Sputtering është një operacion i përdorur për të depozituar shtresat e holla të materialit në një sipërfaqe. Faza e parë e procesit të zhurmshëm përbëhet nga bombardimet me një rreze prej grimcave energjike (në përgjithësi e joneve) materialeve solide objektive, e cila nxjerr nga atomet, joneve ose fragmenteve molekulare për shkak të bombardimeve të marra. 58

Futja e materialeve trajtohet në një dhomë të lartë vakumi (që është, e presionit të ulët), grimcat e emetuara nga objektivi janë depozituar në sipërfaqen e formuar në një shtresë, pas një kohë të mjaftueshme për depozitimin. Të ndryshme nga trashësitë e shtresës anti-reflektuese edhe ajo ndryshon ngjyrën e veshjes,në të vërtetë ajo ndryshon indeksin e thyerjes. Ka tavolina që ju lejojnë të përcaktojnë trashësinë e këtyre shtresave në lidhje me ngjyrën e tyre, për filmat e nitrideve të silikonit apo dioksidit të silikonit. Zakonisht filmat janë prodhuar sipas modeleve standarde, në mënyrë që çdo variacion në kushtet e procesit mund të jenë zbuluar shpejt duke krahasuar mostrat me standardin e miratuar. Në përgjithësi ngjyra blu është zgjedhur për shtresën anti-reflektuese, për shkak të të mirave të vetive optike (thithjen më të lartë të lehtë). Kjo i jep ngjyrën tipike të një qelizë fotovoltaike. Është gjithashtu e mundur që të përdorim më shumë shtresa ARC, reduktimin e mëtejshëm të reflektimit të një spektri më të gjerë. Megjithatë, kjo është më e kushtueshme dhe nuk është përdorur për qelizat e përbashkëta komerciale. DARC (Double ARC) të vendosura në vendin e aplikimit në qelizat e larta të efikasitetit, për shembull për aplikimet e hapësirës ose në përqëndrim.

59

KAPITULLI 8 KONTAKTET METALIKE Për të përfituar energjinë e absorbuar nga rrezatimi diellor, është e nevojshme të mbledhim ‘akuzat’ elektrike në lëvizje brenda pajisjes. Në këtë qëllim është e nevojshme për të vendosur kontaktet metalike në pjesën e përparme dhe të pasme të qelizës, se transportuesit e ngarkuar mund të rrjedhin nga gjysmëpërçuesit në një qark të jashtëm. Kontaktet metalike të një qelizë fotovoltaike janë të vendosura në pjesën e përparme dhe të pasme të qelizës dhe duhet të projektohet në mënyrë që të ofrohen rezistenca pak me silikon. Ata gjithashtu duhet të jenë selektivë, duke favorizuar kalimin e bartësve të ngarkuar të shumicës dhe në vend të kundërshtojnë kalimin e pakicës. Tre kontaktet në anën e pasme të qelizës, përkatësisht në anën e qelizës nuk është e ekspozuar në dritë, është një operacion relativisht i thjeshtë. Në fakt, kontaktet mbrapa janë formuar nga një sipërfaqe të vazhdueshme e përbërë nga një shtresë e metalit të aluminit ose molibdenit. Trajnimi i kontakteve të para është më tepër një operacion më kompleks. Nëse kontaktet janë vendosur në skajet e qelizës, qeliza nuk punon në të mirë të saj, për shkak të rezistencave elektrike të mëdha të shtresës së sipërme të gjysmëpërçuesve; në këtë situatë vetëm një numër i vogël i elektroneve do të arrijë kontaktet. Për të marrë një rrymë të madhe kontaktet duhet të vendosen mbi gjithë sipërfaqen e qelizës. Kjo bëhet duke krijuar një rrjet të shiritave metalikë. Dobësitë në dhënie është se një rrjet i gjerë (i cili është i errët) errëson pjesën aktive të qelizës, duke parandaluar shfrytëzimin e burimit të drites të incidentit dhe duke reduktuar dukshëm efikasitetin e konvertimit. Për të rritur rendimentin është e nevojshme për kufizimin e hijeve të qelizës diellore. Ne duhet gjithashtu të minimizojmë humbjet për rezistencën elektrike që ndodh në mes të kontakteve dhe materialeve gjysmëpërçuese. Qasja e zakonshme është për të hartuar nga rrjetet me shumë pak gishtin e trashë të përçueshëm, të shpërndarë në të gjithë sipërfaqen e qelizës. Gishti duhet të jetë i trashësisë së mjaftueshme për të kryer në mënyrë optimale rezistencën (duke pasur parasysh se rezistenca është në përpjesëtim me fushën e sipërfaqes së përçueshmërisë), por në të njëjtën kohë të ketë një trashësi të tillë që të mos bllokojë dritën e incidentit që vjen në qelizë.

8.1 Teknikat për të reduktuar ndikimin e rikombinimit në sipërfaqe 8.1.1 Rikombinimit në sipërfaqen e përparme

Fenomeni rikombinimit të sipërfaqes ka një ndikim shumë të dëmshëm në qark të shkurtër që në pjesën e sipërme të qelizës korrespondon rajoni në të cilën ekziston, është norma më e lartë e brezit të transportuesit. Një mënyrë për të kufizuar efektet negative të sipërfaqes së rikombinimit është që të rritet në sipërfaqen e qelizës të 'Passivating' (Pasivitetit) kjo shtresë zakonisht e formuar nga dioksidi i silikonit. Që nga kjo shtresë është në përgjithësi ajo sillet si një izolant, çdo rajon i cili ka një kontakt metalik ohmik nuk mund të jetë pasivitet. 60

Për këtë arsye, për të kufizuar fenomenin e rikombinimit edhe në këto rajone, në kontakte janë krijuar nga zonat e stimuluara më e lartë në transmetues (teknika quhet emitter selektiv). Në mënyrë tipike një doping ka efekte negative në gjatësinë e difuzionit, megjithatë, në rajonet ku ka kontakte impakti i cili ka një doping të rëndë në mbledhjen e transportuesit të ngarkuar nuk është e rëndësishme, duke pasur parasysh se këto rajone nuk marrin pjesë në procesin e gjenerimit të transportuesve. Në rastet kur është e pranishme rikombinimet e larta të sipërfaqes në afërsi të kryqëzimit, opsioni për të reduktuar rikombinimet është që të rrisë nivelin e doping.

8.1.2 Sipërfaqja e pasme

Një procedurë e ngjashme me atë është përdorur në sipërfaqen e pasme e qelizës për të minimizuar efektin e shpejtësisë së rikombinimit, në rastin ku sipërfaqja mbrapa është më afër një gjatësie të difuzionit nga kryqëzimi. Një 'Field Surface Back' (BSF) konsiston në formimin e një rajoni më të stimuluar në afërsi të sipërfaqes së pasme të qelizës. Ndërfaqja ndërmjet rajoneve duke u stimuluar në mënyra të ndryshme (p/p ++ , shikoni fig 8.2) sillet si një kryqëzim p-n, me formimin e një fushë elektrike në ndërfaqe, e cila paraqet një pengesë për transportuesit e pakicave që rrjedhin në drejtim të sipërfaqes së pasme. Përqendrimi i transportuesve të pakicave është ruajtur në këtë mënyrë në nivele më të larta në rajone që nuk kanë pësuar një doping të lartë, duke krijuar një efekt pasivativ në sipërfaqen e pasme të qelizës. Në këtë mënyrë transportuesit e pakicave (elektroneve në substrate) mbahen larg nga sipërfaqja, me reduktimin pasues të shkallës së rikombinimit.

Fig 8.1 Skematika e kontakteve para/mbrapa me anë të një qelizë fotovoltaike.

61

Fig 8.2 Në figurë, ndryshimet e bëra në qelizë janë paraqitur për të reduktuar fenomenin e rikombinimit të sipërfaqes. Ju mund të shihni rajonet e stimuluar në afërsinë e pasme të qelizës dhe poshtë kontakteve në frontin e qelizës, për heqjen e transportuesit e ngarkuar të pakicave. Për të reduktuar rikombinimin e sipërfaqes ku kontaktet nuk janë të pranishme, sipërfaqja është pasive nga aplikimi i një shtresë e dioksidit të silikonit (SiO2).

8.2 Formimi (trajnimi) i kontakteve Një teknikë e përdorur për të krijuar kontaktet metalike është në ekranin e shtypjes. Në këtë proces, një mburojë e endur e montuar në një kornizë është vendosur më lart në meshë që do të trajtohet. Ekrani ngrin disa zona, duke i lënë të tjerët të hapur, ku një pjesë mund të depërtojë. Distanca në mes të ekranit dhe meshës është e kontrolluar saktë. Ekranet e përdorura për shtypjen në frontin e kontakteve në mënyrë tipike kanë një rrjet finer në krahasim me ato të përdorura për kontaktet e anës së pasme, për shkak të linjave metalike, hollues të nevojshëm në sipërfaqen e parë të qelizës. Më pas një pjesë është e përhapur në ekran në sasi të matur, e cila është shpërndarë në ekran, në mënyrë për të mbushur në mënyrë uniforme hapjet në ekran. Procesi duhet të kontrollohet në temperaturë, presion, shpejtësi dhe në shumë variabla të tjera. Pasi shtypja është përfunduar, mesha është kryer në një furrë tharje kjo lejon fuqizimin e pjesës së aplikuar. Mesha është kryer më pas drejt një procesi tjetër shtypjeje të prezantuar si linja të njëpasnjëshme të kontaktit me sipërfaqen para dhe mbrapa. Kur të gjitha punimet e shtypura janë të mbaruar, mesha i është nënshtruar temperaturave të larta brenda një furre. Përçueshmëria në anën e përparme të qelizës janë shumë më të ngushtë dhe 62

delikate se ata në pjesën e prapme. Për këtë arsye, shpesh kontaktet e mbrapme janë të shtypura së pari, pastaj invertimi i qelizave për të formuar kontaktet e para; kështu ajo ka minimizuar rrezikun e thyerjes gjatë trajtimit.

a)

b) Fig 8.3 a) Ekrani përdoret në procesin e shtypjes, që përmban një skemë të hapësirës të hapura dhe të mbyllura që të lejojë brumin të transferohet mbi meshë. b) permes veprimit presioni dhe veshja në ekran, substanca kalon përmes hapësirave të hapura dhe arrin meshën.

63

8.2.1 Materialet e përdorura

Siç u përmend më parë, kontaktet në frontin e qelizës janë depozituar sipas një modeli të rrjetit të formuar nga shirita të shumta të hollë, të cilat çojnë foto-gjeneruar të energjisë elektrike në linjat më të gjera, zbarat e thirrjeve, dhe pastaj tërë modulin fotovoltaik, i përbërë nga qeliza të shumta të lidhura. Në përgjithësi, kontaktet e para janë krijuar duke përdorur pastat e argjendit. Argjendi është në fakt një nga metalet më të përçueshëm në dispozicion, duke siguruar një stabilitet afatgjat, duke pasur parasysh se përçueshmëria e tij nuk ulet në mënyrë të konsiderueshme mbi jetën e një qelizë fotovoltaike. Floriri është gjithashtu një metal shumë rezistent ndaj korrozionit, një tipar shumë të rëndësishëm për module diellore në të cilën kërkohet një kohë minimale 20 vjeçare të jetës. Megjithatë, duke qenë një metal i çmuar, ka një çmim shumë të lartë. Kërkesa në rritje për pastat e argjendit dhe luhatjet e mëdha të çmimeve në vitet e fundit ka çuar në kërkimin e një zgjidhje të re për të zvogëluar shpenzimet. Të brezat e rinj është e nevojshme edhe rritja në drejtim të performancës dhe një konsum më të ulët argjendi, duke ruajtur pandryshuar performancën e qelizës. Si për anën e pasme e qelizave, si hap të parë është depozituar shtresa e materialit të përbërë prej alumini, të afta për kryerjen e energjisë elektrike dhe e aftë të pasqyrojnë përsëri dritën që nuk është kapur nga qeliza. Kjo shtresë ka gjithashtu një funksion pasiviteti, në gjendje për të nënshkruar rrugët e padëshiruara molekulare që ata mund të kapin elektronet e qelizës. Si një hap përfundimtar në procesin e shtypjes së kontakte të mbrapme, busbars janë të dizajnuara për ndërfaqe me elementet e modulit fotovoltaik.

Fig 8.4 Pjesa e përparme e një qelizë diellore. Ju mund të shihni linjat e holla paralele me kontaktet dhe busbars më të gjera.

64

8.3 Teknologjia lazer e kontakteve të vdekura Një teknikë alternative me atë të shtypjes në ekran për formimin e kontakteve metalike është teknika lazer e kontaktit të varrosur (Laser Grooved Buried Contact, e shkurtuar LGBC). Teknologjia është zhvilluar nga Martin Green dhe Stuart Wenham në vitin 1984 në Universitetin e New South Wales (UNWS), dhe nga viti 1992 është aplikuar për realizimin e qelizave komerciale. Ideja është e bazuar në aftësinë për të 'fshehur' kontaktet brenda qelizës, duke krijuar lazer nëpërmjet brazdave në sipërfaqe. Kështu që mund të zvogëlojë mbrojtjen nga drita për shkak të kontakteve të ngjitura në sipërfaqen e qelizës. Qelizat që përdorin këtë teknologji lejojnë që të arrijnë performancën deri në 25% më të lartë se qelizat diellore komerciale në bazë të teknikës së shtypjes në ekran. ‘Varrezat’ prodhohen në sipërfaqen e meshës me lazer ose me teknikën mekanike të prerjes; Thellësia e tyre është rreth 80μm, me një gjerësi 30μm. Aftësia për të ndërtuar kontakte brenda brazdave të gërmuara me anë të teknikës lazer, ajo lejon për të marrë një raport shumë të lartë lartësi-to-gjerësi. Kështu mund të rrisë volumin e metalit të përdorur në gisht, për këtë kanë një rrip të gjerë të përçueshëm që zgjatet nga sipërfaqja. Për shembull, ndërsa një pajisje me vlerë të madhe, një qelizë diellore që përdor teknikën e shtypjes së ekranit mund të ketë humbje për mbrojtje nga drita nga 10 në 15%, ndërsa një strukturë që përdor teknikën LGBC për humbjet e mbrojtjes nga drita janë vetëm 2-3%. Këto humbje të ulëta për mbrojtjen nga drita lejojnë për të marrë një normë më të ulët të reflektimit dhe për këtë arsye rrymat e lartë të qarqeve të shkurtër.

Fig 8.5 Në figurë tregohet paraqitja skematike e varrezave të krijuara në procedurën LGBC.

65

Fig 8.6 Seksioni kryqëzimit e mbuluar pjesërisht.

66

KAPITULLI 9 IZOLIMI I BORDIT ELEKTRIK Gjatë formimit të kryqëzimit p-n është krijuar një shtresë e hollë (rreth 200nm) në rajonin e tipit n, përmes një procesi për përhapjen e atomeve të fosforit. Megjithatë doping hap, jo vetëm që krijon një rajon n mbi sipërfaqen e përparme, por edhe një shtresë prej silikat qelqi, atomet e të cilës përmbajnë fosfor (fosfor qelqi silikat ose PSG) mbi të gjitha fytyrat e ekspozuara, me një shtresë të tipit n që formon në anët e pasme të qelizave (shih fig 9.1). Si rezultat, rajonet e kontaktit në pjesën e përparme dhe pasme ato kanë të ngjarë të jenë të lidhur elektrikisht nga kufijtë e qelizave, me formimin e një qarku të shkurtër (ose devijim). Për të shmangur këtë problem duhet të izolohen sipërfaqet e qelizës. Ky proces është thënë ndryshe bordi i izolimit elektrik. Ka disa mënyra për të krijuar këtë izolim, duke përfshirë : Gravura e Plazmës – Gravura Kimike – Shkruesi Lazer.

9.1 Gravura e plazmës Në këtë proces, wafers janë bërë pirg me dorë dhe janë vendosur brenda një dhome si fuçi. Ata janë ndërruar më pas në një plazmë reaktive, ajo përbëhet nga një përzierje e gazrave, e krijuar nga komponimet energjike te fluorit me mikrovalë ose nëpërmjet një fushë të radio frekuencave. Në këtë mënyrë është hequr materiali nga skajet ekspozuara të meshës. Bordi izolimit me gravure plazme është procesi dominant deri në vitin 2007 për shkak të kostos relativisht të ulët dhe për rezultate të kënaqshme.

9.2 Gravura kimike Perdorimi i nje gravurë kimike te formuar nga bordi izolimit është një proces i kohëve të fundit. Në këtë proces, wafers kanë kaluar horizontalisht në të gjithë sipërfaqen dhe një zgjidhje shumë agresive e përbërë e acidit hidrofluorik dhe acidit nitrik, nga përdorimi i rul. Kontakti me dushin e acidit, shkaqet do të sulmohen me materiale PSG në anët dhe mbrapa e qelizave, duke marrë kujdes të madh për të mos derdhur reagentet në zonën e emiterit në meshë. Gravura pasohet nga një proces shpëlarjeje me ujë të dejonizuar dhe tharje, për parandaluar sulmet e mëtejshme dhe për të hequr gjurmët e acidit të përdorur. Instalimi sistemit kërkon para së gjithash një sistem për trajtimin e mbeturinave kimike.

67

9.3 Shkruesi Lazer Përdorimi i një teknikë me lazer për të bërë izolimin e bordit u propozua në ‘80. Në kohën që ata tashmë i dinin të mirat e procesit lazer me shpejtësi të lartë, të cilat nuk përfshijnë kontaktet me materiale të nënshtruar trajtimit. Në çdo rast laser klasën industriale është e aftë të kryejë detyrën e kërkuar e cila nuk ishte ende në dispozicion. Në ditët e sotme, megjithatë, përdorimi i lazerit në nivel industrial është e mundur, në sajë miratimit të këtyre mjeteve nga industritë gjysmëpërçuese për proceset e prodhimit të silikonit (të tilla si gdhendje, uljen e blloqeve, prerjes). Kjo teknologji lazer çoi në jetë aktualisht dhe është më e përdorur gjerësisht në industrinë fotovoltaike, në të gjitha kërkesat për bordin e izolimit elektrik të një qelize diellore. Izolimi është arritur në mënyrë tipike duke gërmuar rreth perimetrit të qelizës diellore, sa më afër në buzë të qelizës. Për të arritur një rezultat më së miri, thellësia e kanalit duhet të jetë mjaft e madhe për të shkuar përtej shtresës ku difuzioni jonë ndodh. Dimensionet tipike të ullukut jane gjerësia 20-40μm dhe thellësia 10-20 μm.

Fig 9.1 Në figurë mund të shihet n++ si rajoni i stimuluar shtrihet edhe në skajet e qelizës. Formacionet e brazdat në sipërfaqe pengojnë formimin e devijimeve aktuale që mund të përballet qarku i shkurtër me pjesën e pasme të qelizës.

68

Sistemet aktuale kanë përdorur një lazer (DPSS) ku pompohet dioda, gjendja solide, domethënë një lazer për gjendjen solide në të cilën një medium aktiv është derdhur, si një kristal i itriumit dhe alumini (YAG) i stimuluar me neodimium me anë të një lazer diodë (e cila përdor si një medium aktiv gjysmëpërçuesit). Këto lazer janë në gjendje për të vepruar në një një gjatësi vale 532 ose 355 nm, shumë më pak se ajo e përdorur në sistemet e mëparshme lazer deri në1064 nm.

Fig 9.2 Marrëdhënia midis thellësisë së penetrimit në silikonin e kristaltë në një gjatësi vale 355nm dhe një gjatësi 1064nm.

69

Siç mund të shihni në fig 9.2, duke përdorur gjatësi vale më të shkurtër thithja në silikonin kristalor është katër/pesë herë më i lartë se relativja tek një gjatësi vale prej 1064 nm. Kjo i lejon shumë gdhendjet e lokalizuara në sipërfaqen e parë, e përdorur për shembull një Q-switched UV diodepumped e gjendjes solide, lazer të gjendjes së fortë. Përveç një thellësie të depërtimit më pak se, gjatësia e valës në varg UV lejojnë gravurën e varrezave të ngushta, duke minimizuar zonat jo-aktive (zona e vdekur) rreth teheve, në mënyrë që të maksimizojë efikasitetin e qelizave diellore. Një tjetër pike në favor të përdorimit të gjatesisë së valëve më të ulëta, lidhur me uljen e mikrofrakturën nën sipërfaqe, e cila mund të rrezikojë seriozisht cilësinë e produktit.

Fig 9.3 Mikroskopi optik, imazhi i një gdhendje me lazer, me zmadhim.

70

KAPITULLI 10 KARAKTERISTIKAT E NJË QELIZE FOTOVOLTAIKE Qelizat diellore që hyjnë në treg janë të prodhuara sipas madhësisë standarde. Duke marrë parasysh qelizat e silicit të kristaltë, karakteristikat tipike të tyre janë më poshtë: Qeliza në silicin monokristalinë:     

Trashësia: 200-300μm Dimensionet: 100x100mm; 125x125mm; 156x156mm Ngjyra: blu e errët - e zezë Rritja e efikasitetit Rritja e ndjeshmërisë ndaj temperatures

Qeliza në silicin polikristalinë:     

Trashësia: 230-350μm Dimensionet: 125x125mm; 156x156mm; 210x210mm Ngjyra: blu Efikasitet i mire Më pak ndjeshmëri ndaj temperatures

Krahasuar me një qelizë të bërë nga silici monokristaline, e cila paraqet një më shumë apo për t'u ngjyrosur më pak uniforme, një qelizë diellore silici polikristaline ka hije të ndryshme kaltëroshe. Në të vërtetë, gjatë fazës së ngurtësimit, kristalet janë rregulluar në mënyrë rastësore dhe është për këtë që sipërfaqja ka reflektimet karakteristike të ndryshme kur ndriçohet.

71

Fig 10.1 a) Qeliza diellore në silicin monokristalinë. Ngjyra e qelizës është blu e errët ose e zezë.

Fig 10.1 b) Qeliza diellore me silic polikristalinë, karakterizohet nga refleksi ngjyre blu.

72

Referencat: 1 Shravan Kumar Chunduri, “ Diamonds – the cutting edge ? ”, Photon International, Maggio 2011, 222 – 257. 2 Shravan Kumar Chunduri, “ Diamond wire – the die has been cast ”, Photon International, Maggio 2011, 258-263 3 Joseph Berwind, “ PV manufacturing materials: Technological and process-related options for cost reduction”, Photovoltaics International, First Quarter February 2012, 36-49 4 Fabrice Coustier, Jean-Daniel Penot, Gerald Sanchez, Michel Ly, “ Diamond wire sawing: State of the art and perspectives ”, Photovoltaics International, First Quarter February 2012, 60-65 5 Richard S. Muller, Theodore I. Kamins, Mansun Chan, Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley, 2003 6 Shravan Kumar Chunduri, “ Harvesting silicon the traditional way ”, Photon International, Aprile 2011, 170 – 177. 7 Ismail Kashkoush, David Jimenez, “ Examining cost of ownership of crystalline-silicon solar-cell wet processing: texturization and cleaning ”, Photovoltaics International, 2010, 81 – 90 8 Chetan Singh Solanki , Solar Photovoltaics – Fundamentals, Technologies and Applications , PHI, 2011 9 Dirk Holger Neuhaus, Adolf Munzer, “ Industrial Silicon Wafer Solar Cells”, Advances in OptoElectronics, Article ID 24521, 2007, 15 pages 10 Finlay Colville, “ Laser scribing tools edge in front”, Global Solar Technologies, Marzo 2009, 4 pages 11 Finlay Colville, “ Laser support Emerging Solar Industry Needs”, Photonics Spectra, 2008, 4 pages

73