Πηγή: pv-manufacturing.org
Η βιομηχανία φωτοβολταϊκών βασίζεται σε πολυκρυσταλλικές και μονοκρυσταλλικές γκοφρέτες πυριτίου για την κατασκευή ηλιακών κυψελών. Μαζί αντιπροσωπεύουν σχεδόν το 90% του συνόλου του υλικού υποστρώματος γκοφρέτας που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία. Λόγω των διαφορετικών προσανατολισμών των κόκκων μέσα στην ίδια γκοφρέτα, η αλκαλική χάραξη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υφή πολυκρυσταλλικού πυριτίου, καθώς αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα μη ομοιόμορφα κείμενα στην επιφάνεια, καθώς διαφορετικοί κόκκοι χαράσσουν με διαφορετικούς ρυθμούς. Οι μονοκρυσταλλικές γκοφρέτες πυριτίου με προσανατολισμό [100] είναι ο πιο κοινός τύπος μονοκρυσταλλικής γκοφρέτας στη βιομηχανία, επειδή μπορεί εύκολα να υφανθεί χρησιμοποιώντας αλκαλικό χαραγμένο, για παράδειγμα KOH. Το πυρίτιο κρυσταλλώνεται σε ένα διαμαντένιο κυβικό πλέγμα (δύο διαπεραστικό προσωποκεντρικό κυβικό πλέγμα) και απεικονίζεται στην Εικ. Οι μπλε, πράσινες και κόκκινες γραμμές της Εικ.
Σχήμα 1Αναπαράσταση του κυβικού πλέγματος διαμαντιού ενός κρυστάλλου πυριτίου και αναπαράσταση των διαφόρων επιπέδων, όπως υποδεικνύεται από τις έγχρωμες γραμμές.
Σχήμα 1Αναπαράσταση του κυβικού πλέγματος διαμαντιού ενός κρυστάλλου πυριτίου και αναπαράσταση των διαφόρων επιπέδων, όπως υποδεικνύεται από τις έγχρωμες γραμμές.
Αλκαλικά χαρακτικά χαράσσουν [100] επιφάνειες πυριτίου πολύ πιο γρήγορα από [111] επιφάνειες πυριτίου, η οποία αποτελεί τη βάση για την ανισοτροπική διαδικασία χάραξης που χρησιμοποιείται για την υφή πυραμίδας. Η κύρια διαφορά μεταξύ της χάραξης βλάβης του πριονιού και της αποστολής γραπτών μηνυμάτων είναι ο ρυθμός χάραξης. Για να αυξηθεί η ανισοτροπία της διαδικασίας, ο ρυθμός χάραξης πρέπει να είναι χαμηλός, δηλαδή 2 μm/min ή χαμηλότερος. Για να επιτευχθούν χαμηλότεροι ρυθμοί χάραξης, είτε η θερμοκρασία της διαδικασίας μπορεί να μειωθεί ή/ και η συγκέντρωση χαραγμένου μειώθηκε. Για παράδειγμα, μια τυπική συνταγή γραφής κειμένου που χρησιμοποιεί συγκέντρωση KOH 1-2% (σε σύγκριση με συγκέντρωση 30-40 % στην αφαίρεση βλάβης του πριονιού) στους 70-80°C. Το αποτέλεσμα είναι μια επιφάνεια που κατοικείται με τυχαιοποιημένες τετραγωνικές πυραμίδες όπου οι πλευρές σχηματίζονται από [111] αεροπλάνα και η βάση είναι το [100] επίπεδο. Αυτό απεικονίζεται στην Εικ. Στην πραγματικότητα, οι χαραγμένες πυραμίδες δεν είναι τέλεια τετράγωνα τετράεδρα με γωνία βάσης, α, 54,74°. Για τις περισσότερες βιομηχανικές διαδικασίες γραπτών μηνυμάτων είναι μεταξύ 49 και 53°. Αυτό συμβαίνει επειδή η άκρη της πυραμίδας είναι χαραγμένη για τη μεγαλύτερη διάρκεια.
Σχήμα 2Τυχαίες τετράγωνες πυραμίδες στην επιφάνεια του πυριτίου. Η άκρη βάσης είναι 5-6 μm.
Το διάλυμα δημιουργίας κειμένου περιλαμβάνει επίσης ισοπροπανόλη (ή άλλο βιομηχανικό πρόσθετο). Η ισοπροπανόλη δρα ως επιφανειοδραστική ουσία που ενισχύει τη διαβροχή της επιφάνειας και εξασφαλίζει ότι το H2το αέριο (που απελευθερώνεται από τη χάραξη) δεν κολλάει στην επιφάνεια. Εάν δεν χρησιμοποιείται ισοπροπανόλη, μπορούν να σχηματιστούν στρογγυλές «λόφες» λόγω του H2φυσαλίδες που εμποδίζουν το ρυθμό χάραξης στην επιφάνεια. Η ισοπροπυλική μειώνει την επιφανειακή τάση και επιτρέπει το H2φυσαλίδες για να απελευθερώσει από την επιφάνεια πιο εύκολα.
Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που συμβάλλουν στην ποιότητα της αποστολής γραπτών μηνυμάτων:
Το αποτέλεσμα της αποστολής γραπτών μηνυμάτων εξαρτάται από την αρχική επιφάνεια.
Η διαδικασία είναι ευαίσθητη στην παρουσία υπολειμματικών πυριτίου από βλάβη του πριονιού.
Η ισορροπία μεταξύ πυρήνα πυραμίδας και καταστροφής πυραμίδας.
Η χάραξη μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή των πυραμίδων.
Η εξάτμιση της ισοπροπανόλης συμβαίνει αφού η θερμοκρασία του λουτρού φτάσει τους 90 °C.
Η ισοπροπανόλη έχει λειτουργία διαβροχής – σταματά τις φυσαλίδες H2 από το να κολλήσουν στην επιφάνεια.
Ο εξαερισμός είναι σημαντικός, αλλά μπορεί να επηρεάσει το ρυθμό εξάτμισης της ισοπροπανόλης
Οι τυπικές διάρκειες διεργασίας είναι 15-20 λεπτά, επομένως ο ρυθμός εξάτμισης πρέπει να παρακολουθείται.
Κυκλοφορία παρτίδων – φουσκώνοντας με N2μπορεί να βοηθήσει να κρατήσει τα συστατικά λουτρών καλά αναμεμειγμένα.
Η σωστή δημιουργία κειμένου είναι σημαντική επειδή η υφή της επιφάνειας σχετίζεται άμεσα με την ικανότητα του ηλιακού κυττάρου να συλλέγει φως και να παράγει ρεύμα. Η αποστολή γραπτών μηνυμάτων στις επιφάνειες βελτιώνει το ρεύμα του κυττάρου μέσω τριών διακριτών μηχανισμών.
Η αντανάκλαση των ακτίνων φωτός από τη μία γωνιακή επιφάνεια στην άλλη βελτιώνει την πιθανότητα απορρόφησης.
Τα φωτόνια που διαθλάται στο πυρίτιο θα πολλαπλασιαστούν υπό γωνία, αυξάνοντας το αποτελεσματικό μήκος διαδρομής τους μέσα στο κύτταρο, γεγονός που με τη σειρά του αυξάνει την πιθανότητα δημιουργίας ζευγαριών ηλεκτρονίων.
Τα φωτόνια μήκους κύματος που αντανακλώνται από την πίσω επιφάνεια συναντούν μια γωνιακή επιφάνεια πυριτίου, βελτιώνοντας την πιθανότητα εσωτερικής αντανάκλασης (παγίδευση φωτός)
Ένα καλό κείμενο θα πρέπει να οδηγήσει σε χαμηλότερη ανακλαστικότητα για ολόκληρο το ορατό εύρος μήκους κύματος.
Στην Εικ. 6, η διαφορετική ανακλαστικότητα για διαφορετικούς χρόνους χάραξης σχεδιάζεται ως συνάρτηση του μήκους κύματος. Για βέλτιστη αποστολή κειμένου, το μέγεθος των πυραμίδων πρέπει να είναι 3-10 μm (μέγεθος του άκρου στη βάση) και η κάλυψη της επιφάνειας πρέπει να είναι κοντά στο 100%.
