Percorso produzione celle fotovoltaiche by Anna Dalla Bona

Percorso produzione celle fotovoltaiche Photovoltaic cells manufacturing path

ECOLOGICAL EVOLUTION

Quarzo Quartz

Polysilicon

Industria semiconduttori

Polysilicon

Semiconductor industry

Purificazione per il solare

Industria solare FV

Polysilicon (materia prima)

PV solar industry

Polysilicon (feedstock)

Solar refining Silicio metallurgico Metallurgical grade silicon

UP STREAM

Carbone

Industria chimica

Lingotto

Coal

Chemical industry

Ingot

Industria alluminio

Wafer

Aluminium industry

Wafer

PRODUZIONE DEL POLYSILICON (SI >99,9999999%) La filiera del fotovoltaico parte dalla raffinazione del silicio metallurgico, prodotto a sua volta per fusione della silice, minerale che costituisce il 25% della crosta terrestre. Il processo di raffinazione, necessario per l’ottenimento delle massime prestazioni in termini di conversione energetica, avviene con il Triclorosilano (TCS), ottenuto con reazione di acido cloridrico sul silicio metallurgico depurato dalle contaminazioni di ferro, alluminio e boro (impurità all’ordine di qualche parte per miliardo). PRODUZIONE DEL LINGOTTO DI SILICIO MONOCRISTALLINO E POLICRISTALLINO A questo punto il polysilicon di grado solare, è pronto per le ulteriori lavorazioni. Per poter produrre la cella fotovoltaica dovrà infatti essere cresciuto in lingotti monocristallini o policristallini che saranno poi tagliati in wafers (fette) di misura 125 mm o 156 mm. I processi di crescita di lingotti si dividono in Czochralski Crystal Process (CZ) per ottenere lingotti monocristallini a forma cilindrica e diametro variabile tra i 6 pollici e gli 8 pollici, e Directional Solidification System Process (DSS) per ottenere lingotti policristallini a forma di parallelepipedo. PRODUZIONE DEL WAFER MONOCRISTALLINO E POLICRISTALLINO Il processo successivo è il taglio tramite Wire Saw Technology (taglio a filo), che permette di tagliare i lingotti monocristallini e policristallini, in bricks e successivamente in wafers (fette) di spessore compreso tra i 180 e i 200 micron. Questa tecnologia, leader per la produzione di wafers nell’industria del fotovoltaico, consente un taglio simultaneo fino a 4 bricks e riduce al minimo lo scarto prodotto dal taglio stesso. POLYSILICON PRODUCTION (SI >99,9999999%) The photovoltaic value chain starts from the refining process of metallurgic silicon up to high levels of purification. Metallurgic silicon is mostly produced by the silica gel fusion, which is a mineral who forms about 25% of the entire earth crust. During the purification process, fundamental in order to achieve the best performances in terms of energetic conversion, takes place thanks to Triclorosilane (TCS). This substance is obtained with a reaction of hydrochloric acid on the purified metallurgical silicon from the contaminations of iron, aluminium and boron (impurity in the range of some parts per billion). MONOCRYSTALLINE AND POLYCRYSTALLINE INGOTS PRODUCTION At this point, the solar grade polysilicon is ready for the next process. In order to produce the photovoltaic cell, it will have to be grown in forms of monocrystalline or polycrystalline ingots, that will then be sliced into 125 mm or 156 mm wafers. The growing process of such ingots is divided into Czochralski Crystal Process (CZ) and Directional Solidification System Process (DSS). CZ to obtain monocrystalline cilindric shape ingots with a variable diameter of 6 inches and 8 inches and DSS in order to obtain polycrystalline prallelepiped shape ingots. MONOCRYSTALLINE AND POLYCRISTALLINE WAFERS PRODUCTION The following process is the slicing through wire saw technology, that allows the monocrystalline and the polycrystalline ingots cut into bricks and finally into wafers with a range tickness of 180 to 200 micron. This leader technology in the production of wafers for photovoltaic industry allows up to 4 simultaneous bricks slicing, reducing to a minimum level the kerf-loss produced by the process itself. 3

STEP 0

ACCETTAZIONE E CONTROLLO MATERIA PRIMA WAFER RAW WAFER ACCEPTANCE AND INSPECTION START

END

ACCETTAZIONE WAFERS wafers in silicio mono/policristallino drogati tipo “P” (boro). CONTROLLO QUALITÀ IN LINEA il 100% dei wafers vengono controllati su parametri quali: • Resistività • Integrità • Ispezione 2D • Spessore e TTV I wafers non conformi alle specifiche richieste vengono scartati automaticamente, contabilizzati, codificati e resi al fornitore. RAW WAFERS ACCEPTANCE P-doped (boron) monocrystalline and polycrystalline wafers. QUALITY IN LINE INSPECTION 100% of wafers are checked on their: • Resistivity • Integrity • 2D inspection • Thickness and TTV Wafers out of specification are automatically rejected, codified and returned to the supplier.

Wafer grezzo (materia prima) Raw wafer Superfice danneggiata Damage surface layer

STEP 1

SDE RIMOZIONE DEI DANNI DA TAGLIO SDE - SAW DAMAGE ETCHING ELIMINAZIONE DIFETTI DA TAGLIO E PULIZIA Attraverso dei bagni chimici i wafers vengono puliti e i danni del taglio rimossi. Texturizzazione: • Attraverso degli attacchi chimici di tipo acido e a temperatura controllata le superfici vengono erose di una quantità specificata • Il processo è di tipo in-line SAW DAMAGE ETCHING Wafers are cleaned by chemical etching, and the saw damages are removed. Texturization: • Wafers Surfaces are fretted using acid and temperature controlled etching • The process is an in-line type Wafer testurizzato Textured wafer

Silicio drogato-P P-doped silicon Superficie testurizzata Textured surface

START

END

STEP 2

DIFF - DIFFUSIONE DIFF - DIFFUSION FORMAZIONE DELLA GIUNZIONE P-N • Per creare la giunzione “P-N” i wafers vengono drogati con fosforo (P) attraverso un processo di diffusione che utilizza dei forni ad alta temperatura (circa 800°C) e materiali di consumo quali POCl3 e Ossigeno (02) • La resistenza superficiale viene misurata in-line sul 20% dei wafer e off-line a campione • Il processo è di tipo batch

P-N JUNCTION FORMATION • To create the “P-N” junction the wafers are doped by Phosphorous (P) through a diffusion process using high temperature furnaces (800 °C) and consumables such as POCl3 and O2 • The sheet resistance is checked in-line on 20% of the wafers processed and off-line on sample bases • The process is a batch type

START

END

Wafer diffusi su tutte le superfici Diffused wafer all sides Materiale di base tipo-P P-based material Strato drogato-N N-doped layer Ossidi di fosforo silicato Phosphorous silicat glass

STEP 3

PSG - RIMOZIONE DEGLI OSSIDI DI FOSFORO PSG - PHOSPHOROUS GLASS REMOVAL RIMOZIONE DEGLI OSSIDI DI FOSFORO • Rimozione degli ossidi superficiali formatisi durante la fase di diffusione mediante attacco acido • La qualità di questa fase di processo viene misurata sia visivamente che con strumenti off-line • Il processo è di tipo batch

PHOSPHOROUS GLASS REMOVAL • Removal of Phosforous glass grown on wafer’s surface during the diffusion process by acid etching • The quality is checked visually and by “off-line” instruments • The process is a batch type Strato drogato-N N-doped layer

START

END

STEP 4

PECVD - DEPOSIZIONE CHIMICA ALLO STATO DI VAPORE ARRICCHITA DAL PLASMA PECVD - PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION ANTIRIFLESSO • Deposizione di uno strato antiriflesso di nitruri di silicio (SiNx) e passivazione mediante idrogeno. • Materiali di consumo ammoniaca (NH3) e silano (SiH4) • Spessore medio dello strato antiriflesso 80 nm. • La qualità è controllata sul 100% dei wafers processati mediante un sistema di visione in-line • Il processo è di tipo a batch

ANTIREFLECTIVE COATING • Antireflective layer deposition of SiNx (Silicon Nitride) and hydrogen passivation • Consumables ammonia (NH3) and silane (SiH4) • Antireflective layer average thickness 80 nm • The quality is checked by an in-line vision system on 100% of the wafers processed • The process is a batch type

START

Strato AR antiriflesso AR-coating Strato drogato-N N-doped layer END

Silicio drogato-P P-doped silicon

STEP 5

PRINT 1 - STAMPA E ASCIUGATURA DEI CONTATTI FRONTALI PRINT 1 - FRONT SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING STAMPA E ASCIGATURA DEI CONTATTI FRONTALI • Stampa serigrafica dei contatti elettrici in argento (Ag) sul fronte e successiva asciugatura • La qualità è controllata sul 100% dei wafers processati mediante un sistema di visione in linea • Materia prima utilizzata pasta di argento • Il processo è di tipo in linea

FRONT SIDE PRINTINGAND DRYING • Font side silver (Ag) paste printing of electrical contacts and subsequent paste drying process • The quality is checked by an inline vision system on 100% of the processed wafers • Raw material silver paste • The process is an in-line type

START

Contatti frontali Front side contact paste

END

STEP 6

PRINT 2 - STAMPA DEI CONTATTI DEL PRIMO RETRO PRINT 2 - FIRST REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING

START

END

STAMPA DEL PRIMO CONTATTO DEL RETRO E ASCIUGATURA • Stampa serigrafica dei contatti elettrici del primo retro in lega alluminio/argento (Ag-Al) e successiva asciugatura • La qualità di stampa è controllata visivamente • Materia prima: pasta in lega alluminio/argento • Il processo è di tipo in linea

FIRST REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING • Electrical contacts aluminum/silver (Ag-Al) rear side printing and subsequent drying • The quality is checked visually • Raw material aluminum/silver paste • The process is an in-line type

Strato AR antiriflesso AR-coating Contatti retro Rear side contact paste

STEP 7

PRINT 3 - STAMPA DEI CONTATTI DEL SECONDO RETRO PRINT 3 - SECOND REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING START

END

STAMPA DEI CONTATTI DEL SECONDO RETRO • Stampa serigrafica dei contatti elettrici del secondo retro in alluminio (Al) e successiva asciugatura • La qualità di stampa è controllata visivamente • Materia prima: pasta in alluminio • Il processo è di tipo in linea

SECOND REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING • Second rear side printing of the Aluminium (Al) electrical contacts and subsequent drying • The quality is checked visually • Raw material: aluminum paste • The process is an in-line type

Pasta di alluminio Aluminium paste

STEP 8

FFF - SINTERIZZAZIONE FFF - SINTERING START

END

SINTERIZZAZIONE DEI CONTATTI • Sinterizzazione dei contatti elettrici superiori ed inferiori mediante un forno di metallizzazione • Formazione del BSF (Back Surface Field) • Il processo è di tipo in linea

SINTERING OF CONTACTS • Front and rear electrical contacts sintering by metallization furnace • BSF formation (Back Surface Field) • The process is an in-line type

Strato AR antiriflesso AR-coating Strato-N N-layer Strato P*-, drogaggio-Al P*-layer, AI-doped AI-Si-eutectic AI-Si-eutectic

STEP 9

ISOLAMENTO DI BORDO TRAMITE LASER EDGE INSULATION BY LASER ISOLAMENTO ELETTRICO DI BORDO • Isolamento elettrico della cella mediante incisione perimetrale eseguita con tecnica Laser • La qualità e controllata sul 100% dei wafers processati mediante un sistema di visione in line • Il processo è di tipo in linea

EDGE ISOLATION • Cell edge insulation, by laser technology • The quality is checked by an inline vision system on 100% of the processed wafers • The process is an in-line type taglio laser laser cut

START

END

STEP 10

TEST E CLASSIFICAZIONE TEST AND SORTING

TEST E CLASSIFICAZIONE • Tutte le celle vengono testate con l’utilizzo di un simulatore solare in “condizioni standard” e classificate in funzione del colore e delle prestazioni elettriche • La qualità ottica è controllata sul 100% delle celle prodotte mediante un sistema di visione in linea • La qualità elettrica è misurata sul 100% delle celle prodotte mediante l’utilizzo di un simulatore solare TEST AND SORTING • All the produced cells are tested in line by a solar simulator under “Standard Test Conditions” and sorted by color and electrical performance • Visual quality is checked by an in-line visual system on 100% of the produced cells • Electrical quality is checked by an in-line solar simulator on 100% of the produced cells

Cella fotovoltaica Photovoltaic cell

START

END

Helios Technology S.p.A.

Via Postumia, 9/B 35010 Carmignano di Brenta (PD) - Italy Tel. +39.049.9430288 Fax +39.049.9430323 info@heliostechnology.com www.heliostechnology.com Rev0_2010

Helios Technology si riserva il diritto di effettuare variazioni alle caratteristiche tecniche senza preavviso. Helios Technology reserves the right to change the technical features without notice.