Percorso produzione celle fotovoltaiche

ECOLOGICAL EVOLUTION

Percorso produzione celle fotovoltaichePhotovoltaic cells manufacturing path

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UP STREAMPRODUZIONE 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 POLICRISTALLINOA 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 POLICRISTALLINOIl 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 PRODUCTIONAt 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 PRODUCTIONThe 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.

Quarzo

Quartz

Silicio metallurgico

Metallurgicalgrade silicon

Industria semiconduttori

Semiconductor industry

Polysilicon

Polysilicon

Purificazioneper il solare

Solar refining

Industria solare FV

PV solar industry

Polysilicon (materia prima)

Polysilicon (feedstock)

Lingotto

Ingot

Wafer

Wafer

Industria chimica

Chemical industry

Industria alluminio

Aluminium industry

Carbone

Coal

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START

STEP 0

ACCETTAZIONE E CONTROLLO MATERIA PRIMA WAFERRAW WAFER ACCEPTANCE AND INSPECTION

ACCETTAZIONE WAFERSwafers 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 TTVI wafers non conformi alle specifiche richieste vengono scartati automaticamente, contabilizzati, codificati e resi al fornitore.

RAW WAFERS ACCEPTANCEP-doped (boron) monocrystalline and polycrystalline wafers.QUALITY IN LINE INSPECTION100% of wafers are checked on their:• Resistivity• Integrity• 2D inspection• Thickness and TTVWafers out of specification are automatically rejected, codified and returned to the supplier.

Wafer grezzo (materia prima)Raw wafer

Superfice danneggiataDamage surface layer

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START

STEP 1

SDE RIMOZIONE DEI DANNI DA TAGLIOSDE - 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 testurizzatoTextured wafer Silicio drogato-P

P-doped silicon

Superficie testurizzataTextured surface

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START

STEP 2

DIFF - DIFFUSIONEDIFF - 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

Wafer diffusi su tutte le superficiDiffused wafer all sides

Strato drogato-NN-doped layer

Materiale di base tipo-PP-based material

Ossidi di fosforo silicatoPhosphorous silicat glass

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END

START

STEP 3

PSG - RIMOZIONE DEGLI OSSIDI DI FOSFOROPSG - 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



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START

STEP 4

PECVD - DEPOSIZIONE CHIMICA ALLOSTATO DI VAPORE ARRICCHITA DAL PLASMAPECVD - 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



Silicio drogato-PP-doped silicon

Strato AR antiriflessoAR-coating

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START

STEP 5

STAMPA E ASCIGATURADEI 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 in-line vision system on 100% of the processed wafers

• Raw material silver paste• The process is an in-line type

PRINT 1 - STAMPA E ASCIUGATURA DEI CONTATTI FRONTALIPRINT 1 - FRONT SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING

Contatti frontaliFront side contact paste

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START

STEP 6

PRINT 2 - STAMPA DEI CONTATTIDEL PRIMO RETROPRINT 2 - FIRST REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING

STAMPA DEL PRIMO CONTATTODEL 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 CONTACTSPRINTING 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


Contatti retroRear side contact paste

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END

START

STEP 7

PRINT 3 - STAMPA DEI CONTATTIDEL SECONDO RETROPRINT 3 - SECOND REAR SIDE CONTACTS PRINTING AND DRYING

STAMPA DEI CONTATTIDEL 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 CONTACTSPRINTING 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 alluminioAluminium paste

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START

STEP 8

FFF - SINTERIZZAZIONEFFF - SINTERING

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 P*-, drogaggio-AlP*-layer, AI-doped

AI-Si-eutecticAI-Si-eutectic


Strato-NN-layer

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END

START

STEP 9

ISOLAMENTO DI BORDO TRAMITE LASEREDGE 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 in-

line vision system on 100% of the processed wafers

• The process is an in-line type

taglio laserlaser cut

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END

START

STEP 10

TEST E CLASSIFICAZIONETEST 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 fotovoltaicaPhotovoltaic cell

Rev

0_20

10

Hel

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Tech

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il d

iritto

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ffettu

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