כיצור תאי שמש: המכונות שמסתתרות מאחורי הפאנלים

שלב 1 – מגוש סיליקון לוופר

מכונה מיוחדת חותכת את גושי הסיליקון במהירות גבוהה, בעוד נוזל שחוק מסילקת את החומרים המיותרים. המכונה מפצלת את הגושים לוופרים בעובי בין 150 ל-200 מיקרומטר. וופרים דקים יותר מאפשרים ייצור של יותר תאים מאותו גוש, מה שמוזיל את עלות הייצור, אך הם נשברים בקלות יותר בשלבים הבאים של התהליך. כאשר מחירו של ספק נראה נמוך באופן לא סביר, עובי הוופרים הוא אחד הגורמים הראשונים שמשפיעים על החיסכון.

שלב 2 – ניקיון

ניקוי כימי ובאמצעות גלי קול עליונים בסדרה של מיכלים מסילוקים שרידים של תערובות, שמן וחומרי מלט; לאחר מכן, מערכות יבשה מבצעות ייבוש של הוואפר. תהליך זה נראה לא מרשים במיוחד, אך הוא מכריע האם השכבים הבאים ייצקבעו נכון על פני הוואפר.

שלב 3 – דיפוזיה: ייצירת המחבר P-N

תנור הדיפוזיה מכניס אטומי חומרים זרים לתוך הוואפר בטמפרטורה גבוהה. שכב זה המודפס מהפך חלק מהסיליקון לדיוד, ובדיוד זה מתרחשת התהליך של המרה של אור לחשמל. אם הפרופיל של שכב הדיפוזיה לא נקבע נכון, אף שלב מאוחר יותר לא יוכל להציל את התא האלקטרוני.

שלב 4 – חריצה

מכשיר החריצה באמצעות פלזמה מסילק את החומרים הבלתי רצויים מפני הוואפר, כדי שניתן יהיה ליצור את מודל האלקטרודים הדרוש. בנוסף, התהליך זה מבוצע גם לבידוד קצוות התא האלקטרוני, מניעת דליפת זרם מכיוון הצדדים. בשלב זה מונחת גם הציפוי נגד החזריות; ציפוי זה נוסף בהמשך, בתחנת PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).

שלב 5 – ציפויים: הגורם לשיפור בקיומיות התא האלקטרוני

PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) מייצר פלזמה באמצעות פליטת רדיו-תדרים, ומנסה תחליקות של סיליקון ניטריד וסיליקון אוקסיד על הלוח (wafer). תחליקות אלו מבצעות שתי משימות: הן מפסיקות את פעילות האלקטרונים בפני השטח, כך שהם מתמזגים פחות, והן מפחיתות את ההחזריות של אור, כך שיותר אור נכנס לתא (cell). מבין כל שלבי התהליך, זהו השלב שמשפיע באופן המשמעותי ביותר על הציון שמודפס במסמך המפרטים (datasheet).

שלב 6 – מתכתנות (Metallization): ספטרינג (Sputtering) והדפסה על גבי מסך (Screen Printing) תהליך הספטרינג משתמש בשדות מגנטיים וחשמליים כדי ליישם באופן אחיד תחליקות של אלומיניום וכסף על הלוח. לאחר מכן, מכונת הדפסה על גבי מסך מיישמת תערובות של כסף ואלומיניום חשמליות דרך תבניות מוכנות מראש, כדי ליצור את האלקטרודות הקדמיות ואת שדה המתח האחורי של התא. דיוק ההדפסה מכתיב את המתח הסדרתי (series resistance) של התא, והמתח הסדרתי הוא בדיוק מה שאתם מרגישים כחום בימי הקיץ החמים.

שלב 7 – בדיקה ומיון (Test and Sort) שלושה מכשירים מסיימים את תהליך הייצור.

• מכשיר לבדיקת חיובת הנושאים במיעוט (Minority Carrier Lifetime Tester) מודד את משך זמן שרידותם של הנושאים (carriers) בלוח הסיליקון. מספר הנושאים השרידים משקף הן את איכות הסיליקון והן את יעילות תהליך הדיפוזיה (diffusion).
• מכשיר בדיקה בארבעה חוקרים (Four-Probe Tester) ממדיד את המולקולריות (resistivity) והמולקולריות השטחית (sheet resistance), המשקפים את ריכוז הדופנטים (dopants) ואת אחידותם בכל רחבי הלוח.
• מכשיר למיון התאים (Cell Sorting Instrument) מסוגל למיין את התאים לפי יעילות ההמרה (conversion efficiency), מתח במסלול פתוח (open-circuit voltage) וזרם במסלול קצר (short-circuit current).

המכשיר האחרון הוא החשוב ביותר עבור הקונה: תאים שמומנעים לפי ביצועים דומים מתגྲם למודולים בעלי אובדני התאמה (mismatch loss) נמוכים, ואובדני התאמה נמוכים הם הגורם שמבטיחים שהטווח הזמן של הסוללה יהיה צפוי (כמו שמוצג במחשבות).

שירותים ציבוריים: מים וגז

מערכת מים נקייה מספקת מים מנותקי איונים (deionized water) למטרות ניקיון והכנת תרכובות, כך ששום חומר זר לא יכנס לתהליך מן הברז. מערכת אספקת גז מאחסנת, מטהרת ומספקת חנקן (nitrogen), חמצן (oxygen), מימן (hydrogen) וארגון (argon) לתחנות הדיפוזיה, החריצה והציפוי. רצועות תנועה (conveyor belts) וזרועות רובוטיות מעבירות את לוחות הסיליקון בין השלבים, כדי למנוע מגע אנושי וזיהום בתהליך הייצור.

מדוע על קונה של גוף תאורה רחובית להתעניין?

מחיר הפאנל משקף מאיזה קטגוריה של תאים הם מגיעים. מודול שנבנה מתאים שנמצאים בקטגוריה אחידה ומסודרים באופן קבוע מספק תוצאות צפויות; מודול שנבנה מתאים ממגוון רחב של קטגוריות נראה טוב ביום הראשון, אך מאכזב בחורף השני. אם המחיר המוצע נמוך במידה רבה מהשוואה לשוק, החיסכון מתרחש בדרך כלל בשלב המיון, וההבדלה במחיר מהווה אובדן ברמת האוטונומיה של המוצר.

מה לא מכוסה בדף זה

דף זה מכסה רק את סוגי התאים שמשמשים בייצור הפאנלים. הוא אינו מכסה את תהליך הלמינת המודולים, את ייצור המסגרות שלהם, או את בדיקות הביצועים שכל מודול עובר; כמו כן, הוא אינו משווה בין טכנולוגיות הפאנלים השונות – פרטים אלה מצויינים במקום אחר (/learn-solar-panel). כדי לקבוע את גודל מערכת הפאנלים המתאימה לפרויקט מסוים, שתמשו במחשבון המידוד שלנו (/app-a1-solar-panel-sizing), או התחילו בסדרת האורות החשמליות השמשיות השלמות שלנו (/all-in-one-solar-street-light), שכל יחידה מהן מגיעה עם פרטי גרדת התאים שאנו יכולים להציג.