Khám phá về quy trình sản xuất pin mặt trời

Những nguồn năng lượng tái tạo đang trở thành tâm điểm của cuộc cách mạng năng lượng toàn cầu. Trong đó, năng lượng mặt trời đã nổi lên nhờ tiềm năng phát triển mạnh mẽ và bền vững. Trong hệ thống điện mặt trời, pin mặt trời được coi là thiết bị quan trọng nhất, có thể quyết định dến hiệu suất của hệ thống. Bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về quy trình sản xuất pin mặt trời.

Nguyên liệu sản xuất các tấm pin năng lượng mặt trời

Tấm pin mặt trời là bộ phận quan trọng của hệ thống năng lượng mặt trời. Chúng được tạo ra từ các tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Chất liệu chính sử dụng trong quá trình sản xuất tấm pin mặt trời là silicon. Tuy nhiên, trong tự nhiên, silicon thường tồn tại dưới dạng hợp chất đioxit, như đá thạch anh hoặc thạch anh nghiền. Do đó, để thu được silicon tinh khiết cần thiết cho sản xuất pin mặt trời. Các nhà sản xuất phải tiến hành quá trình nung và đốt cháy nguyên liệu này ở nhiệt độ cực cao.

Ngoài thành phần chính là chất bán dẫn silicon. Tấm pin mặt trời còn bao gồm các phần khác như lớp nền bên dưới để bảo vệ các tế bào pin, lớp phủ chống phản chiếu, tấm kính cường lực và khung kim loại. So với các tế bào quang điện, những vật liệu này dễ dàng tìm kiếm và chế tạo hơn rất nhiều. 

Quy trình sản xuất pin năng lượng mặt trời

Hiện nay trên thị trường, có 3 loại pin năng lượng mặt trời phổ biến. Bao gồm tấm pin mặt trời đơn tinh thể, tấm pin mặt trời đa tinh thể và tấm pin mặt trời màng mỏng. Mỗi loại pin này có thành phần và cấu trúc riêng. Do đó, quy trình sản xuất của chúng cũng có sự khác biệt.

Tuy nhiên, tấm pin mặt trời đơn tinh thể và tấm pin mặt trời đa tinh thể thường có quy trình sản xuất tương đối gần giống nhau. Đây cũng là hai loại pin mặt trời được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về quy trình sản xuất của hai loại pin này.

>>> Đọc thêm: Các loại pin năng lượng mặt trời

Tinh chế silicon

Trong bước đầu tiên này, các nguyên liệu thô, chủ yếu là các hợp chất silic dioxide sẽ được đặt trong một lò nung đặc biệt. Trong quá trình nung, một điện cực cacbon được sử dụng để tách oxy ra khỏi các hợp chất. Và kết quả là tạo ra carbon dioxide cùng với silicon nóng chảy.

Silicon ở trạng thái nóng chảy sau bước nung đầu tiên thường có độ tinh khiết khoảng 99%. Độ tinh khiết này chưa đạt đủ để sử dụng trong ngành công nghiệp pin mặt trời. Vì vậy, cần tiến hành quá trình tinh chế bổ sung trước khi sản xuất các tế bào quang điện. Quá trình tinh chế này thường được thực hiện bằng kỹ thuật floating zone. Và thu được kết quả là loại bỏ hoàn toàn các tạp chất. Chỉ còn lại silicon tinh khiết để sử dụng trong sản xuất pin mặt trời.

Đúc thỏi silicon đơn tinh thể

Khi đã qua quá trình tinh chế, silicon thường được thu thập dưới dạng tảng đá rắn. Những tảng đá này sau đó được đưa vào quá trình nấu chảy và kết hợp với nhau. Để thực hiện việc này, một lò nung hình trụ làm từ thép thường được sử dụng để đúc silicon thành hình dạng mong muốn.

Để tạo ra các tế bào đơn tinh thể, nhà sản xuất sử dụng một tinh thể silicon đơn lẻ. Họ thực hiện quá trình này bằng cách nhúng một hạt silicon đơn tinh thể vào chất silicon đa tinh thể đang nóng chảy ở một nhiệt độ cố định. Khi thực hiện quá tình này, hạt tinh thể sẽ co lại và xoay quanh để hình thành một phôi silicon hình trụ.

Trong quy trình đúc thỏi silicon, thường sẽ thêm boron và phospho để tạo ra vật liệu bán dẫn có khả năng truyền dẫn điện.

Chế tạo tấm wafer cho pin mặt trời

Sau khi silicon được đúc thành thỏi, nó sẽ được cắt thành các mảnh mỏng, được gọi là tấm wafer. Độ mỏng của mỗi tấm wafer tương tự như độ mỏng của một tờ giấy. Vì vậy các nhà sản xuất thường phải sử dụng cưa dây để cắt mảnh wafer này một cách chính xác.

Vì silicon tinh khiết có độ bóng cao nên chúng có khả năng phản chiếu ánh sáng mặt trời. Một lớp phủ chống phản chiếu thường được phủ lên các tấm wafer để giảm thiểu lượng ánh sáng mặt trời bị phản chiếu và mất đi.

Chế tạo cell pin mặt trời

Trên bề mặt của mỗi tấm wafer, thường sẽ tích hợp một mạng lưới dây dẫn kim loại. Mạng lưới này có vai trò quan trọng trong việc thu thập và dẫn ánh sáng mặt trời vào tấm wafer để chuyển đổi nó thành năng lượng điện. Khi kết hợp với lớp phủ chống phản chiếu, mạng lưới dây dẫn này tạo ra điều kiện thích hợp để tấm wafer hấp thụ ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, thay vì phản chiếu nó ra ngoài. Điều này làm tăng hiệu suất và đầu ra điện của tấm pin mặt trời.

Chuyển từ cell pin thành tấm pin mặt trời

Các tế bào pin được liên kết với nhau thông qua các đầu nối kim loại, tạo thành một ma trận của các tế bào pin. Khi kết hợp với nhau, chúng hình thành một tấm pin mặt trời hoàn chỉnh. Sẵn sàng để thu thập và chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện.

Trên thị trường hiện nay, cấu trúc tiêu chuẩn của các tấm pin mặt trời thường được phân thành ba loại chính:

• 48 cell pin: Loại này thường được sử dụng cho các hệ thống năng lượng mặt trời có quy mô nhỏ và không gian hạn chế.
• 60 cell pin: Kích thước tiêu chuẩn cho hầu hết các dự án dân dụng và thương mại hiện nay. Các tấm pin 60 cell phổ biến và linh hoạt, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
• 72 cell pin: Thường được sử dụng để cài đặt các dự án năng lượng mặt trời quy mô lớn. Như trang trại năng lượng mặt trời hoặc hệ thống điện mặt trời công nghiệp. Các tấm 72 cell cung cấp hiệu suất cao hơn và thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi lượng điện nhiều hơn.

Đóng gói pin mặt trời

Sau khi các tế bào pin được kết nối với nhau, một lớp kính cường lực sẽ được thêm vào phía trước của tấm pin, hướng về mặt trời. Phía dưới các tế bào pin thường có một tấm nền được làm từ vật liệu polyme chất lượng cao. Tấm nền này đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn nước, độ ẩm và các yếu tố khác xâm nhập vào bên trong pin năng lượng mặt trời từ phía sau, bảo vệ và duy trì hiệu suất của pin.

Hơn nữa, bởi vì tấm pin mặt trời thường bao gồm nhiều lớp khác nhau, cần có sự kết nối chặt chẽ giữa các lớp này. Chất keo EVA (ethylene vinyl acetate) thường được sử dụng để liên kết và gắn chặt mọi thành phần lại với nhau trong cấu trúc của tấm pin mặt trời.

Tiếp theo, một hộp nối sẽ được gắn vào mặt sau của tấm pin. Hộp nối này giúp chứa và kết nối các dây dẫn. Liên kết các tấm pin lại với nhau trong hệ thống năng lượng mặt trời.

Cuối cùng, tất cả các thành phần sẽ được gắn vào trong một khung nhôm. Khung này không chỉ bảo vệ tấm pin mặt trời khỏi va đập. Mà còn đảm bảo tính ổn định và độ bền của pin khi chúng được lắp đặt ngoài trời và phải chịu sự tác động của thời tiết.

Các bạn vừa cùng EMPower tìm hiểu về quy trình sản xuất pin mặt trời. Mặc dù đã trải qua những quy trình đạt chuẩn. Tuy nhiên, trước khi được tung ra thị trường, các tấm pin mặt trời vẫn cần thông qua những kiểm nghiệm xem tấm pin đã đạt chuẩn hay chưa, Điều này giúp tấm pin mặt trời đến tay người dùng đảm bảo được hiệu suất cũng như an toàn trong quá tình sử dụng.