رقائق السيليكون الأرق مقابل عمر الوحدة 25-30 سنة: هل يمكن
جدول المحتويات
إجابة سريعة: تصبح رقائق السيليكون أرق، والسؤال هو ما إذا كانت الرقاقة الأرق قادرة على دعم عمر وحدة يتراوح بين 25 و30 عامًا. قبل عامين، كان السُمك السائد يتراوح بين 150 ميكرومتر و160 ميكرومتر؛ والإنتاج الحالي يتجه إلى ما دون ذلك. الدافع واضح — فالرقائق الأرق تعني عددًا أكبر من الرقائق لكل سبيكة وتكلفة سيليكون أقل لكل واط، والسيليكون هو أكبر تكلفة مادة منفردة في الوحدة. الخطر ميكانيكي: الرقاقة الأرق أكثر عرضة للتشقق أثناء معالجة الخلايا والتوصيل والتغليف، ويمكن للشقوق الدقيقة التي لا تظهر في الاختبار النهائي أن تنتشر عبر الدورات الحرارية في الميدان. ويجري التخطيط لطاقة صناعية من فئة 600 غيغاواط حول التنسيق الأرق، مما يعني أن مسألة الموثوقية يتم حلها على نطاق الإنتاج بدلاً من المختبر.
تصنيع وحدات PV · بقلم جيري، Ooitech
مقدمة
رقائق الطاقة الشمسية تتبع نظامًا غذائيًا في عام 2026. قبل عامين، كانت السماكة الرئيسية لا تزال عند 150-160 ميكرومتر. الآن أصبحت 120-130 ميكرومتر هي المعيار للإنتاج الضخم للرقائق من النوع N، وقد دفع بعض اللاعبين الرائدين بـ 110 ميكرومتر إلى خطوط إنتاجهم.
فلماذا تتسابق الصناعة بأكملها لجعل الرقائق أرق؟ بمجرد أن تستمر الرقائق في النحافة، هل ستصبح الخلايا هشة لدرجة أنها تتشقق عند لمسها؟ وهل يمكن للألواح النهائية أن تظل تقدم عمر تصميم يبلغ 25 عامًا أو حتى 30 عامًا؟ هذه أسئلة حقيقية تهم الصناعة والمستثمرين على حد سواء.
لماذا تسعى الصناعة بأكملها وراء رقائق أرق
الدافع الأكثر مباشرة وراء نحافة الرقائق هو خفض التكلفة، وتوفير البولي سيليكون الثمين.
كل تخفيض بمقدار 10 ميكرومتر في سماكة الرقاقة يقلل استهلاك السيليكون لكل واط بنحو 7٪. بعد خصم التكاليف الإضافية غير السيليكونية المضافة في خطوات القطع والخلايا، تنخفض التكلفة الإجمالية لكل رقاقة بحوالي 0.03-0.04 يوان. الانتقال من 160 ميكرومتر إلى 130 ميكرومتر يوفر ما يقرب من جياو واحد لكل رقاقة. على مستوى التركيب السنوي العالمي البالغ 600 جيجاواط، يصل ذلك إلى توفير عشرات المليارات من اليوانات عبر الصناعة كل عام.
حاليًا، يمثل البولي سيليكون 9٪ -14٪ من التكلفة الإجمالية للوح. وزنه أقل بكثير مما كان عليه خلال فترة ارتفاع أسعار البولي سيليكون، لكن النحافة تظل الطريقة الأكثر كفاءة لخفض استهلاك السيليكون مباشرة.
بالإضافة إلى توفير المال، تجلب الرقائق الرقيقة ميزة كهربائية. فكلما كانت الرقيقة أرق، كان مسار النقل لحاملات الشحنة المولدة ضوئيًا أقصر، وبالتالي تنخفض خسائر إعادة التركيب في الكتلة وترتفع كفاءة الخلية قليلاً. وتتناسب بشكل أفضل مع TOPCon و HJT.
لكن المسارات الخلوية المختلفة تتحمل النحافة بشكل مختلف جدًا. HJT هي عملية منخفضة الحرارة بدون خطوة تطعيم عالية الحرارة، لذا فهي مناسبة بشكل طبيعي للرقائق النحيفة ويمكن أن تنخفض إلى 100-110 ميكرومتر. يجب أن يمر TOPCon بخطوة ترسيب بولي سيليكون عالية الحرارة، والرقائق النحيفة جدًا تنحني بسهولة، مما يضر بالإنتاجية. لهذا السبب يبقى إنتاج TOPCon الضخم محافظًا في الغالب في نطاق 125-135 ميكرومتر.
كيفية مراقبة الجودة بعد التنحيف، وكيف تفي الوحدات بضمانها
السيليكون أحادي البلورة هو مادة شبه موصلة هشة بطبيعتها. مع انخفاض السماكة، تنخفض قدرة الرقاقة على مقاومة الانحناء والإجهاد بشكل ملحوظ. خلايا الرقاقات الرقيقة لن تتحطم عند لمسها، لكن احتمالات الشقوق الدقيقة ترتفع بوضوح. الخطر يمتد عبر السلسلة بأكملها: التقطيع، تصنيع الخلايا، تغليف الوحدات، الخدمات اللوجستية، التركيب في الموقع، والتشغيل طويل الأمد للمحطة.
أثناء قطع الرقاقات وإنتاج الخلايا، تتعرض الرقاقات الرقيقة بسهولة أكبر للضغط الميكانيكي والصدمات الحرارية. يمكن أن تترك عمليات النسج والانتشار والطباعة واللحام شقوقًا دقيقة غير مرئية بالعين المجردة. خاصة في خطوط TOPCon، يتسبب اعوجاج الرقاقة مباشرة في كسر النقل وأخطاء المحاذاة، مما يخفض إنتاجية الخط بأكمله.
في خطوة تغليف الوحدات، تؤدي تقلبات الضغط ودرجة الحرارة في التصفيح إلى تضخيم الإجهاد الداخلي للرقاقة وإثارة شقوق دقيقة أصلية. ولا تظهر جميع العيوب عند بوابة المصنع. لاحقًا، تهتز الشحنات، وتحدث صدمات في الموقع أثناء البناء، ثم دورات الحرارة اليومية ليلًا ونهارًا بمجرد تشغيل المحطة، تستمر في تطبيق الإجهاد من خلال التمدد والانكماش الحراري. تنتشر الشقوق الدقيقة ببطء. بعد سنتين أو ثلاث سنوات من التشغيل، تتحول بعض الشقوق الدقيقة إلى شقوق خفية مرئية، مما يكسر مسار التيار الداخلي للخلية، ويسبب انخفاضًا غير طبيعي في الطاقة، وفي الحالات القصوى يثير خطر النقاط الساخنة.
الرقاقات الرقيقة نفسها لا تقصر عمر الوحدة مباشرة. ما يهدد دورة الحياة من 25 إلى 30 عامًا حقًا هو عيب الشقوق الخفية الذي لم يكتشفه أي فحص. إذا تمكن التدفق الكامل من إبقاء الشقوق الخفية عند مستوى منخفض جدًا، يمكن لوحدات الرقاقات الرقيقة أن تحقق أهداف العمر الطويل. ولكن إذا لم يتمكن تطوير العمليات عبر سلسلة التوريد من مواكبة دفع التنحيف، فإن العيوب المدفونة في مرحلة التصنيع ستظهر وتفشل في السنوات المتوسطة إلى المتأخرة من تشغيل المحطة. التنحيف هو في الأساس رفع المعيار لسلسلة تصنيع الرقاقة-الخلية-الوحدة ككل.
قطع الرقاقات: سلك التنغستن الدقيق يقلل الضرر الأصلي
تبنت الصناعة بالفعل على نطاق واسع سلك التنغستن الماسي عالي قوة الشد، ليحل محل سلك الفولاذ الكربوني الماسي التقليدي. خطوط الرقاقات الرقيقة القياسية تستخدم أقطار سلك تبلغ 24 ميكرومتر أو أقل. للرقاقات فائقة الرقة 110-120 ميكرومتر، يُستخدم سلك تنغستن فائق الدقة 20-22 ميكرومتر. كلما كان السلك أدق، كان عرض القطع أضيق، وطبقة الضرر على سطح الرقاقة أرق، والشقوق الدقيقة السطحية أقل. هذا يقلل الشقوق الدقيقة الأصلية التي تحملها الرقاقة من المصنع من المصدر.
تصنيع الخلايا: تحسين العملية، تقليل تشققات التأثير
تتركز المراقبة على بعض الخطوات الرئيسية. العمليات الرطبة تبطئ تدفق الماء وتأرجح السلة لتقليل الصدمات والاحتكاك. يستخدم النقل آليات مرنة لتقليل شفط الفراغ وصدمات الحركة. خطوات درجات الحرارة العالية تبطئ معدلات الارتفاع والانخفاض لكبت الالتواء والإجهاد الحراري. الطباعة تخفض ضغط الممسحة. التلبيد يحسن منحنى مناطق درجة الحرارة لتجنب الصدمة الحرارية الباردة والساخنة. كل خطوة مقترنة بفحص PL لاستبعاد الشقوق الدقيقة والرقائق المعوجة المعيبة مبكرًا، مما يقلل خطر الكسر والشقوق الخفية.
تصنيع الوحدات: اللحام هو المفتاح، والتغليف يحتاج إلى ضبط
عند ربط الخلايا، استخدم تسخينًا متدرجًا على مراحل وتحكمًا صارمًا في الصدمة الحرارية. استخدم شريطًا ناعمًا رفيعًا لتوزيع إجهاد نقاط اللحام وتقليل ضغط النقطة الواحدة على الرقائق الرقيقة. اضبط قوة دبابيس الضغط في المعدات لتجنب تلف الخلايا بالضغط القاسي. اختر شريطًا ناعمًا منخفض الصلابة لتقليل السحب بين الشريط وتشوه الرقاقة أثناء الدورات الحرارية. بعد اللحام، أضف فحص EL لاستبعاد الشقوق الدقيقة الناتجة عن اللحام مبكرًا، حتى لا تنتقل إلى التغليف.
في التغليف، يمكنك محاولة إبطاء ضخ الفراغ ومعدلات الارتفاع لتخفيف صدمة الضغط، مع تحسين منحنى مناطق درجة الحرارة لتجنب الإجهاد الحراري الداخلي من التسخين والتبريد السريع.
الخلاصة
ترقيق الرقائق هو اتجاه صناعي مستقر، ولا فائدة من رفضه تمامًا. بينما تستفيد السلسلة بأكملها من الترقيق لخفض التكلفة وتحسين الإنتاج، يجب على خطوات الرقاقة والخلايا والوحدات ترقية المعدات والعمليات معًا، والتحكم الصارم في الإجهاد الميكانيكي والحراري، والحماية من الشقوق الخفية والكسر، وتعزيز الفحص الكامل للتدفق. هذه هي الطريقة للحفاظ على جودة وموثوقية الوحدات على المدى الطويل مع خفض التكلفة.
رؤية Ooitech
الترقيق هو في الأساس مشكلة إدارة إجهاد تظهر بقوة أكبر في خط الوحدات، وهنا تحدد اختيارات المعدات ما إذا كانت تلك الشقوق الدقيقة المدفونة ستظهر أم لا. من جانبنا، فإن آلات الربط ذات اللحام المتدرج المجزأ والتعامل مع الشريط الناعم، بالإضافة إلى فحص EL قبل التغليف، هي بالضبط الحواجز التي تمنع خلايا 110-130 ميكرومتر من التحول إلى فشل ميداني بعد خمس سنوات. فيزياء الرقائق الرقيقة محددة، لكن الإنتاجية تُكسب أو تُخسر في مدى لطف خطك في التعامل معها. إذا كنت تريد رؤية كيفية تشغيل خط وحدات MBB حقيقي لهذه الخطوات، فإن قناة Ooitech على يوتيوب في www.youtube.com/ooitech تستحق المشاهدة.
