多結晶シリコン太陽電池 現在最も広く使用されているタイプの太陽光発電技術です。そのコア材料は多結晶シリコンであり、多結晶シリコンの製造プロセスは電池製造チェーン全体の重要なリンクです。ここでは、原料の選択、溶解、冷却、結晶形成などの多結晶シリコンインゴットの製造プロセスを詳しく紹介します。
1. 原材料の選択
多結晶シリコンインゴットを製造する最初のステップは、高純度のシリコン原料を選択することです。通常、工業用シリコン（Si）は不純物を除去して99.9999%（シックスナイン）の純度にまで精製されます。このような高純度を得るには、通常、化学蒸着 (CVD) などの高度な精製技術が必要です。不純物は光電変換効率や電池寿命に影響を与えるため、高純度シリコン原料の選択はその後の多結晶シリコン電池の性能を確保するための基礎となります。
2. 溶解工程
高純度のシリコン原料が得られたら、次は溶解です。溶解は通常、1400℃までの高温炉で行われます。このプロセスには多くのエネルギー消費が必要となるため、効率的な電気炉を選択することが重要です。溶融プロセス中にシリコンの結晶構造が破壊され、液体シリコンになります。溶解プロセスでは、気泡やその他の欠陥を防ぐために均一な温度を確保する必要があります。
3. 冷却固化
溶けた液体シリコンは、再結晶化して多結晶シリコンを形成できるように、徐々に冷却する必要があります。冷却の速度と温度は、最終的なシリコンインゴットの結晶構造と品質に影響を与えるため、非常に重要です。冷却プロセス中に、液体シリコンが凝固し始めて、予備の多結晶シリコンインゴットが形成されます。この段階は通常、均一な冷却を確保するために特別な冷却装置で実行されます。
4. 結晶形成
冷却プロセス中に、シリコン原子は再配列して、単結晶構造ではなく複数の結晶を形成します。多結晶シリコンインゴットの形成プロセスには、結晶の種まきと成長が含まれます。冷却プロセス中に、最初に小さな結晶粒子がいくつかの領域で形成され、これらの粒子は温度が低下するにつれて成長し続け、最終的に完全な多結晶シリコンインゴットを形成します。適切な冷却速度と時間を使用することで、結晶のサイズと分布を最適化し、多結晶シリコンの性能を向上させることができます。
5. シリコンインゴットの切断・加工
多結晶シリコンインゴットが室温まで冷えたら、太陽電池の製造に使用するために薄いスライスに切断する必要があります。このプロセスでは通常、高精度のワイヤー切断機を使用して、切断されたシリコンウェーハの厚さが 180 ～ 200 ミクロンになるようにします。材料の無駄やシートの損傷を避けるために、切断プロセス中は慎重な操作が必要です。
6. 品質検査
シリコンインゴットの製造工程では、品質管理が非常に重要です。各生産リンクは厳密にテストされ、シリコンインゴットの純度、結晶構造、物理的特性が基準を満たしているかどうかが確認されます。通常、スペクトル分析、顕微鏡観察、その他の方法を使用してシリコンインゴットの包括的な検査を実施し、その後のバッテリー製造で優れた性能を発揮できることを確認します。
