سلول خورشیدی (فتوولتائیک)

سلول خورشیدی (سلول فتوولتائیک)

بصورت خلاصه باید گفت  یک سلول خورشیدی از دو نوع نیمه هادی به نام های سیلیکون نوع p و نوع n ساخته شده است. سیلیکون نوع p با افزودن اتم‌هایی مانند بور یا گالیم تولید می‌شود که در سطح انرژی بیرونی خود یک الکترون کمتر از سیلیکون دارند. از آنجایی که بور یک الکترون کمتر از مقدار لازم برای تشکیل پیوند با اتم های سیلیکون اطراف دارد، یک جای خالی الکترون یا “حفره” ایجاد می شود. سیلیکون نوع n با گنجاندن اتم هایی ساخته می شود که در سطح بیرونی خود یک الکترون بیشتر از سیلیکون دارند، مانند فسفر،  فسفر در سطح انرژی بیرونی خود پنج الکترون دارد نه چهار، الکترون  اتم ها هموار تمایل دارند با الکترون اتم های همسایه سیلیکون خود پیوند برقرار کند، اما در مجموع یک الکترون در محیط سلول کم می باشد  لذا الکترون اضافه در داخل ساختار سیلیکونی آزاد است و در حال حرکت به سمت سطحی که یک حفر وجود دارد . بنابر این یک سلول خورشیدی شامل یک لایه سیلیکون نوع p است که در کنار یک لایه سیلیکون نوع n قرار گرفته است. در لایه نوع n، الکترون‌های اضافی و در لایه‌ی P  یک الکترون کمتر  . در نزدیکی محل اتصال دو لایه، الکترون های یک طرف اتصال (لایه نوع n) به سوراخ های طرف دیگر اتصال (لایه نوع p) حرکت می کنند. و یک ناحیه در اطراف اتصال ایجاد می کند که به آن منطقه تخلیه می گویند، که در آن الکترون ها حفره ها را پر می کنند .

هنگامی که تمام حفره ها در ناحیه تخلیه با الکترون پر می شوند، سمت نوع p ناحیه تخلیه (جایی که حفره ها  در ابتدا وجود داشتند) اکنون حاوی یون های دارای بار منفی است و سمت نوع n منطقه تخلیه (جایی که الکترون ها وجود داشتند) ) اکنون حاوی یون های دارای بار مثبت است. وجود این یون‌های دارای بار مخالف، یک میدان الکتریکی داخلی ایجاد می‌کند .اگر لایه‌های نوع n و p را با سیم فلزی به هم وصل کنید، الکترون‌ها با عبور از ناحیه تخلیه از لایه نوع n به لایه p حرکت می‌کنند و ایجاد جریان الکتریسته برقرار می شود.( شکل زیر2)

سلول ساخت شده با توجه به اندازه ، مساحت  و ضخامتی که که دارد امکان استفاده در صنعت را ندارد ، به همین دلیل برای بدست آوردن ولتاژ و جریان مناسب و مورد نیاز برای بکارگیری در سیستم های خورشیدی ، سلول های تولید شده را به روشی به یکدیگر متصل می نمایند که قادر به تولید الکتریسیته با توان مناسب بوده  و همینطور در برابر تنش ها و عوامل مختلف جوی و فیزیکی مقاومت نموده و از راندمان آن کاسته نشود ، در مقاله بعدی نحوه ساخت پنل های خوشیدی و بکارگیری آن ها در سیستم های خورشیدی  را شرح  خواهیم داد .

توضیح 

همانگونه  که در بالا اشاره شده ساخت و تولید ویفر سلول خورشیدی یک فن آوری High Tech بود که دارای فرایند پیچیده تولید می باشد از اینرو سعی شده در اینجا فقط به جزئیات ساخت ویفر و تولید سلول خورشیدی فتوولتائیک اشاره گردد

1- مرحله اول :

در این مرحله بعد از تست ظاهری ویفر از نظر ضخامت ، ابعاد و شکستگی احتمالی ، آنها را در حوضچه های شیمیای حاوی اسید جهت چربی زدایی نموده و با آب مقطر شستشو می دهند

2- مرحله دوم :

بعد از شتشوی ویفر ها ، مرحله دیفیوژن کردن ویفر است با توجه  به اینکه ویفر های ساخته شده دارای یک قطب P هستند  لازم است برای برقراری جریان الکتریسیته قطب n نیز در یک سطح ویفر ایجاد گردد که توسط دوب بور و فسفر این فرایند انجام می پذیرد ،در این مرحله لایه ایی از بخارات بور و فسفر در دمای بالا روی سطح ویفر ها نشانده میگردد  بعد از دیفیوژن ویفر ها به دستگاه پلاسما برای یک نواخت کردن بافت سطوح ویفر منتقل می گردد 

3- مرحله سوم :

در این مرحله برای اینکه جریان الکتریسته در دو سطح P و N  منتقل گردد ضروری است مسیر های های روی سطوح ویفر با خمیری که ترکیبی از آلیاژ نقره وآلومینیوم می باشد پوشید شده  معمولا  یک روی ویفر که به سمت خورشید خواهد بود خمیر فوق بصورت شیار های باریک  چاپ می گردد  ولی پشت سلول بصورت کامل با خمیر یاد شده پوشید می شود   

5- مرحله پنجم:

بعد از چاپ خمیر نقره روی سطوح ویفر ، انها را برای خشک شده خمیر در کوره های خشک کن قرارداده تا کاملا خمیر های چاپ شده خشک گردند

7- مرحله هفتم:

در این مرحله برای افزایش هر بیشتر جذب فتون های خورشیدی و در نتیجه افزایش  راندمان سلول ها  توسط دستگاه انتی رفلکت بخاراتی شیمیایی حاوی ژرمانیوم، تتراکراید سیلیکون یا نیترید سیلیکون روی سطه بیرونی ویفر یا سلول دوب می گردد در این مرحله رنک ویفر های پلی کریستال از خاکستری (رنگ زمینه ویفر) به آبی تغییر می یابد

بعد از این مرحله سلول های تولید شده برای به قسمت سنگ زنی لبه ها منتقل میگردد در قسمت سنگ زنی هر چهار وجه  پشت و روی سلول تمیز میگردد اگر در مرحله پرینتر خمیر ، خمیر پشت و روی سطح سلول با یکدیگر متصل شده باشند ، برای جلوگیری از اتصال کوتا از یکدیگر جدا گردند. 

بعد از این مرحله سلول های تولید شده جهت کنترل کیفیت و درجه بندی و بسته بندی منقل می گردند 

در واحد کنترل کیفتت علاوه بر تست مشخصات ظاهری سلول ها مشخصات الکتریکی هر یک از سلول ها با تابش نور دستگاه شبیه ساز خورشیدی آزمایش می شوند.

6- مرحله پایانی: سلول پلی کریستال تولید شده با دو باسبار