أولاً وقبل كل شيء، نحتاج إلى معرفةPECVD(الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما). البلازما هي تكثيف للحركة الحرارية لجزيئات المادة. يؤدي تصادم هذه الجزيئات إلى تأينها، فتصبح المادة مزيجًا من أيونات موجبة حرة الحركة، وإلكترونات، وجزيئات متعادلة تتفاعل فيما بينها.
تشير التقديرات إلى أن معدل فقدان الضوء الناتج عن انعكاسه على سطح السيليكون يصل إلى حوالي 35%. يُحسّن الغشاء المضاد للانعكاس بشكل كبير من معدل استغلال الطاقة الشمسية بواسطة خلية البطارية، مما يُسهم في زيادة كثافة التيار الضوئي المتولد، وبالتالي تحسين كفاءة التحويل. في الوقت نفسه، يُخمل الهيدروجين الموجود في الغشاء سطح خلية البطارية، ويُقلل من معدل إعادة التركيب السطحي لوصلة الباعث، ويُقلل من تيار الظلام، ويزيد من جهد الدائرة المفتوحة، ويُحسّن كفاءة التحويل الكهروضوئي. يُؤدي التلدين الفوري عالي الحرارة أثناء عملية الاحتراق إلى كسر بعض روابط Si-H وNH، ويُعزز الهيدروجين المُتحرر من تخميل البطارية.
نظراً لاحتواء مواد السيليكون المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية على كمية كبيرة من الشوائب والعيوب، فإن عمر حاملات الشحنة الأقلية وطول انتشارها في السيليكون يقلان، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة تحويل البطارية. يمكن للهيدروجين أن يتفاعل مع العيوب أو الشوائب في السيليكون، ناقلاً بذلك نطاق الطاقة في فجوة النطاق إلى نطاق التكافؤ أو نطاق التوصيل.
1. مبدأ الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما
نظام PECVD عبارة عن سلسلة من المولدات التي تستخدمقارب من الجرافيت بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما ومثيرات البلازما عالية التردد. يُركّب مولد البلازما مباشرةً في منتصف لوحة الطلاء للتفاعل تحت ضغط منخفض ودرجة حرارة مرتفعة. الغازات النشطة المستخدمة هي السيلان (SiH4) والأمونيا (NH3). تؤثر هذه الغازات على نتريد السيليكون المخزن على رقاقة السيليكون. يمكن الحصول على معاملات انكسار مختلفة عن طريق تغيير نسبة السيلان إلى الأمونيا. أثناء عملية الترسيب، تتولد كمية كبيرة من ذرات الهيدروجين وأيونات الهيدروجين، مما يجعل تخميل الهيدروجين للرقاقة جيدًا جدًا. في فراغ ودرجة حرارة محيطة تبلغ 480 درجة مئوية، تُطلى طبقة من نتريد السيليكون (SiH4) على سطح رقاقة السيليكون عن طريق إجراء...قارب من الجرافيت بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما.
3SiH4+4NH3 → Si3N4+12H2
2. Si3N4
يتغير لون طبقة Si3N4 بتغير سمكها. عمومًا، يتراوح السمك الأمثل بين 75 و80 نانومتر، ويظهر بلون أزرق داكن. أما معامل انكسار طبقة Si3N4 فهو الأمثل بين 2.0 و2.5. ويُستخدم الكحول عادةً لقياس معامل انكسارها.
تأثير تخميل السطح الممتاز، وأداء فعال مضاد للانعكاس البصري (مطابقة معامل الانكسار للسمك)، وعملية درجة حرارة منخفضة (تقليل التكاليف بشكل فعال)، وأيونات الهيدروجين المتولدة تخميل سطح رقاقة السيليكون.
3. أمور شائعة في ورشة الطلاء
سمك الفيلم:
يختلف زمن الترسيب باختلاف سماكة الطبقة الرقيقة. يجب تعديل زمن الترسيب بالزيادة أو النقصان وفقًا للون الطلاء. فإذا كان الطلاء أبيض، يُنصح بتقليل زمن الترسيب، وإذا كان مائلًا للحمرة، يُنصح بزيادته. يجب فحص كل دفعة من الطلاء بدقة، ولا يُسمح للمنتجات المعيبة بالانتقال إلى المرحلة التالية. على سبيل المثال، في حال وجود عيوب في الطلاء، مثل بقع ملونة أو علامات مائية، يجب معالجة هذه العيوب الشائعة في خط الإنتاج فورًا، مثل تبييض السطح، واختلاف اللون، والبقع البيضاء. ينتج تبييض السطح غالبًا عن سماكة طبقة نتريد السيليكون، ويمكن تعديله بضبط زمن الترسيب. أما اختلاف لون الطلاء فينتج غالبًا عن انسداد مسار الغاز، أو تسرب أنبوب الكوارتز، أو عطل في الميكروويف، وما إلى ذلك. بينما تنتج البقع البيضاء غالبًا عن بقع سوداء صغيرة في المرحلة السابقة. يجب مراقبة الانعكاسية، ومعامل الانكسار، وغيرها، بالإضافة إلى سلامة الغازات الخاصة.
بقع بيضاء على السطح:
تُعدّ عملية الترسيب الكيميائي للبخار المعزز بالبلازما (PECVD) عمليةً بالغة الأهمية في مجال الخلايا الشمسية، ومؤشراً رئيسياً على كفاءة هذه الخلايا. تتسم هذه العملية بالتعقيد، إذ تتطلب مراقبة دقيقة لكل دفعة من الخلايا. تتضمن العملية استخدام العديد من أنابيب فرن الطلاء، ويحتوي كل أنبوب عادةً على مئات الخلايا (بحسب المعدات). وبعد تغيير معايير العملية، تطول دورة التحقق. تُولي صناعة الطاقة الكهروضوئية بأكملها أهميةً بالغةً لتقنية الطلاء، حيث يُمكن تحسين كفاءة الخلايا الشمسية من خلالها. وفي المستقبل، قد تُحدث تقنية سطح الخلايا الشمسية نقلةً نوعيةً في الكفاءة النظرية لهذه الخلايا.
تاريخ النشر: 23 ديسمبر 2024