光伏产业
发布时间
2024-06-27
在太阳能电池的生产制造流程里，硅片作为核心部件，其加工质量对太阳能电池的性能起着决定性作用。而金刚石微粉凭借独特的物理性质，在太阳能电池硅片的切割与表面处理环节中，成为优化电池性能、提升光电转换效率的关键材料。
一、硅锭切割成硅片
- 1、切割设备与刀具
- （1）用于将硅锭切割成硅片的设备通常是高精度的多线切割机。这种设备配备了特制的切割线，切割线一般为高强度的钢丝，在其表面涂覆或镶嵌有金刚石微粉。金刚石微粉粒径根据实际生产需求，一般在 5 - 20 微米之间。
- （2）切割线在多线切割机的驱动下，以极高的速度往复运动，同时向硅锭施加一定压力。由于金刚石微粉具有自然界最高的硬度（莫氏硬度 10），其镶嵌在切割线上如同无数微小而锋利的切削刃。
- 2、切割过程与优势
- （1）当切割线带着金刚石微粉与硅锭接触时，微粉迅速切入硅锭，将硅锭按照预设的厚度一层一层地切割成薄片。在整个切割过程中，金刚石微粉的高硬度和耐磨性保证了切割线始终保持良好的切削能力。
- （2）以常见的单晶硅锭切割为例，通过这种金刚石微粉辅助的切割方式，能够将硅片的厚度公差控制在极小的范围内，一般可达到 ±20 微米。而且切割后的硅片表面相对光滑，减少了后续表面处理的工作量。同时，金刚石微粉的高效切割作用提高了生产效率，降低了硅片的生产成本。
二、硅片表面制绒
- 1、制绒目的与原理
- （1）太阳能电池硅片表面制绒的主要目的是增加光的吸收效率。当光线照射到硅片表面时，平整的表面容易产生反射，导致部分光能损失。而通过在硅片表面形成特定的微观结构（如金字塔结构），可以使光线在硅片表面多次反射和折射，延长光线在硅片中的传播路径，从而增加光被吸收的概率。
- （2）制绒过程通常采用化学腐蚀和机械研磨相结合的方法，其中金刚石微粉在机械研磨部分发挥着重要作用。
- 2、金刚石微粉的研磨作用
- （1）在制绒工艺中，首先将硅片浸泡在特定的化学腐蚀液中，使硅片表面发生化学反应，形成初步的微观粗糙结构。然后，利用含有金刚石微粉的研磨浆料对硅片表面进行进一步处理。
- （2）金刚石微粉粒径一般在 1 - 5 微米，与特制的研磨液混合后，在研磨设备的带动下，均匀地作用于硅片表面。这些微小的金刚石颗粒凭借其硬度和尖锐的棱角，对硅片表面的微观凸起部分进行精细研磨。
- （3）经过金刚石微粉研磨后，硅片表面的微观结构更加规整和均匀，金字塔结构的尺寸和形状更加符合光学设计要求。例如，金字塔结构的平均高度可以控制在 1 - 3 微米之间，顶角角度接近理想的 54.7°，这种精确控制的微观结构能够极大地提高光的吸收效率。研究表明，经过金刚石微粉研磨处理后的硅片，光吸收效率相比未处理前可提高 10% - 15%。
- 3、对太阳能电池转换效率的影响
- （1）由于硅片表面光吸收效率的提高，更多的光能能够被转化为电能。在太阳能电池的整体工作过程中，光生载流子的产生数量增加，从而提高了太阳能电池的短路电流密度。同时，良好的表面微观结构也有助于减少表面复合，提高开路电压。
- （2）综合这些因素，使用金刚石微粉进行表面处理后的太阳能电池，其光电转换效率得到显著提升。在实际生产中，采用这种工艺处理的太阳能电池，转换效率可提高 1 - 2 个百分点，这对于大规模的太阳能发电应用来说，能够极大地提高发电效率，降低发电成本，具有重要的经济和环境效益。
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