Quang Phổ Trong Sản Xuất Pin Mặt Trời

GIỚI THIỆU

Ngành công nghiệp quang điện (PV) rất quan tâm đến việc kết hợp công nghệ giám sát quy trình vào các dây chuyền sản xuất pin mặt trời như một phương tiện để cải thiện năng suất pin mặt trời và do đó giảm chi phí sản xuất. Một dây chuyền pin mặt trời thông thường bao gồm một loạt các bước quy trình, bao gồm cưa, tạo kết cấu, lắng đọng lớp phủ chống phản xạ, hình thành mối nối và kim loại hóa. Vì một cơ sở pin mặt trời xử lý một khối lượng lớn wafer, thường là 50.000 đến 100.000 mỗi ngày, nên kỹ thuật đo lường phải nhanh chóng. Thật không may, các kỹ thuật được phát triển cho ngành công nghiệp vi điện tử không phù hợp để giám sát quy trình trong sản xuất pin mặt trời. Do đó, cần có các kỹ thuật nhanh, thời gian thực, chi phí thấp có thể đo các thông số phù hợp để giám sát quá trình xử lý pin mặt trời. Trong trường hợp lý tưởng, tốt nhất là có một phương pháp có thể áp dụng cho nhiều bước quy trình. Điều này giúp giảm thiểu chi phí thiết bị, đào tạo, bảo trì và phụ tùng thay thế.

Ưu điểm của việc sử dụng quang phổ:

• Kiểm tra không phá hủy: Một trong những lợi thế chính của quang phổ là bản chất không phá hủy của nó. Điều này có nghĩa là vật liệu và thành phần có thể được phân tích mà không làm thay đổi hoặc làm hỏng chúng, bảo toàn tính toàn vẹn của mẫu.
• Độ nhạy và độ đặc hiệu cao: Quang phổ có độ nhạy cao, cho phép phát hiện số lượng tạp chất hoặc khuyết tật nhỏ có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của tấm pin mặt trời.
• Khả năng giám sát thời gian thực: Dữ liệu thời gian thực cho phép điều chỉnh ngay lập tức trong quá trình sản xuất, đảm bảo các điều kiện tối ưu và ngăn ngừa khuyết tật xảy ra.
• Tự động hóa và tích hợp vào dây chuyền sản xuất: Quang phổ có thể dễ dàng tích hợp vào dây chuyền sản xuất tự động, tạo điều kiện giám sát liên tục và kiểm soát chất lượng mà không làm gián đoạn quá trình sản xuất.

PHƯƠNG PHÁP

Phổ phản xạ là một kỹ thuật rất linh hoạt để đo các thông số vật lý của các tấm bán dẫn và thiết bị. Phổ phản xạ băng thông rộng của một thiết bị bán dẫn (hoặc bất kỳ cấu trúc phân tầng nào bao gồm một lớp bán dẫn và màng điện môi) có thể cung cấp thông tin về các thông số như độ dày và độ nhám của từng lớp. Kết hợp phổ với phép đo tán xạ có thể tăng cường hơn nữa khả năng của phổ phản xạ. Sự kết hợp này có thể được sử dụng để mô tả các cấu trúc không phù hợp trên một tấm bán dẫn/tế bào quang điện. Từ phổ phản xạ được đo, tiềm năng ứng dụng của nó là rất lớn: giám sát quá trình sản xuất pin mặt trời (đo độ dày của từng lớp phủ), phân tích lớp phủ chống phản xạ, thử nghiệm hiệu suất,...

Các mô-đun PV bị mất phản xạ khoảng 4% ở bề mặt kính phía trước. Có thể giảm thiểu tổn thất này bằng cách sử dụng lớp phủ chống phản xạ, hiện phủ trên 90% các mô-đun thương mại. Để đánh giá khả năng phản xạ của lớp phủ trên các tế bào quang điện, sử dụng quang phổ phản xạ là phương pháp tối ưu nhất.

Lớp phủ AR SiO₂ xốp thông thường làm giảm phản xạ từ 2% đến 3%. Giả sử không có sự hấp thụ trong vật liệu phủ AR, sự giảm phản xạ này sẽ dẫn đến sự gia tăng trực tiếp độ truyền sáng, lên tới 94–95%, có tính đến bề mặt sau không được phủ. Hình 1 cho thấy độ phản xạ và độ truyền sáng đối với kính che mô-đun PV phủ AR một lớp thông thường (chỉ ở bề mặt trước, trong trường hợp này, độ phản xạ của bề mặt sau không được phủ bị triệt tiêu). Độ phản xạ tối thiểu (và độ truyền sáng tối đa tương ứng) được nhìn thấy rõ ràng, với các giá trị tăng dần ở cả hai bên của giá trị này. Vì lý do này, lớp phủ AR một lớp thường được gọi là lớp phủ 'V'. Lý tưởng nhất là đối với lớp phủ AR, tổng giá trị độ phản xạ và độ truyền sáng ở mỗi bước sóng sẽ bằng 100%, vì cần tránh tổn thất hấp thụ trong vật liệu phủ quang học.

Hình 1: Độ phản xạ và độ truyền sáng của kính phủ AR một lớp thông thường.

Các phép đo phản xạ sau mỗi bước lắng đọng cho phép xác định độ dày của từng lớp trong toàn bộ quá trình. Máy quang phổ và số lượng vân giao thoa được đo bằng máy quang phổ được phân tích tự động để xác định độ dày của màng. Hình 2 là quy trình sản xuất pin mặt trời màng mỏng dựa trên đồng indium gallium selenide (CIGS).

Hình 2: Lớp pin mặt trời dựa trên CIGS.

Trong khi độ dày màng TCO và CdS có thể được phát hiện bằng máy quang phổ hoạt động trong phạm vi quang phổ từ khả kiến ​​đến gần hồng ngoại (500 - 1000 nm), việc xác định độ dày màng của chất hấp thụ đòi hỏi phải đo phản xạ hồng ngoại, vì các vật liệu này hấp thụ ánh sáng khả kiến. Độ chính xác của phép đo nằm trong phạm vi 1% đối với các lớp hấp thụ và 2% đối với các lớp TCO. Tuy nhiên, việc xác định các lớp CdS khó khăn hơn, vì các lớp này mỏng và phát triển trực tiếp trên lớp hấp thụ thô. Đối với các lớp CdS dưới 50 nm, điều rất quan trọng là phải lấy phổ phản xạ của lớp hấp thụ trước khi lắng đọng CdS trong cùng một quy trình.

Hình 3: Đo độ phản xạ sau mỗi bước lắng đọng giúp kiểm soát hoàn toàn toàn bộ quá trình lắng đọng lớp PV.

XÂY DỰNG HỆ THỐNG

INTINS có thể cung cấp một hệ thống hoàn chỉnh cho các ứng dụng này. Dòng TS là hệ thống đo màng mỏng linh hoạt và có thể cấu hình, sử dụng phép đo phản xạ quang phổ để xác định chính xác độ dày màng mỏng quang học và phi quang học. Dòng này phù hợp với nhiều ứng dụng bán dẫn, y tế và công nghiệp. Dòng TS dễ vận hành với nhiều tính năng nổi bật: đo nhiều lớp, lựa chọn phạm vi bước sóng tùy chỉnh tùy theo nhu cầu, dễ dàng đo độ dày trực tuyến và tại chỗ với cụm đầu dò quang học linh hoạt,...

Các hệ thống của dòng TM đo lớp phủ chống phản xạ, lớp phủ chống trầy xước và lớp nhám trên các chất nền như thép, nhôm, đồng thau, đồng, gốm sứ và nhựa. Hệ thống phản xạ kế màng mỏng của dòng TM có thể phân tích độ dày của các lớp quang học từ 1nm đến 250μm. Có thể quan sát độ dày đơn lẻ với độ phân giải 0,1 nm và có thể phân tích màng đơn hoặc nhiều lớp trong vòng chưa đầy một giây.