CHƯƠNG I: MÔ TẢ TÓM TẮT DỰ ÁN
3. Công trình lưu trữ chất thải rắn sinh hoạt, chất thải sản xuất, chất thải nguy hại
3.4. Công nghệ sản xuất, vận hành
3.4.1 Công nghệ sản xuất tế bào quang điện
- Sự phù hợp về công nghệ của dự án: Sản xuất tế bào quang điện loại Topcon loại N (Tunnel Oxide Passivated Contact), là thế sau của PERC, có hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn nhiều so với loại PERC (hiệu suất chuyển hóa lý thuyết tối đa đên 22%). Tế bào TOPCon sử dụng lớp oxit đường hầm nano siêu nhỏ, cấu trúc màng silicon vi tinh thể chọn lọc chất mang ở mặt sau và công nghệ tiếp xúc thụ động tiên tiến và hiệu quả cao. Cấu trúc này thể hiện sự cải tiến hai chiều trong hiệu suất thụ động và độ
dẫn điện, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi tế bào đáng kể và tăng sản lượng điện. Cấu trúc của lớp ôxít đường hầm tiếp tục giảm thiểu sự tái kết hợp dưới bề mặt, cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi tế bào, với giới hạn từ 28,2% đến 28,7%. Tế bào TOPCon cũng đòi hỏi nhiều bạc hơn đáng kể trong quá trình kim loại hóa so với PERC, khoảng 130-150mg mỗi mảnh so với 85mg với PERC, khiến chi phí tế bào cao hơn.
- Hệ thống nhà xưởng và thiết bị để sản xuất sản phẩm tế bào quang điện loại TOP CON không khác nhiều so với loại PERC, nhưng khác cơ bản là quá trình xử lý đơn tinh thế Si thành các solnar cell (hóa chất, quy trình sử dụng) và mức độ tự động hóa.
- Các số liệu tính toán cân bằng vật chất tại từng công đoạn sản xuất solar cell và ở những công đoạn lắp ghép lên modul đã được khẳng đinh và cung cấp cập nhật bởi các kỹ sư và chuyên gia sản xuất của chủ đầu tư.
- Quy trình công nghệ sản xuất tế bào quang điện được thể hiện trong sơ đồ sau:
+ NTSX : NaOH, H2O2, Na2SiO2(OH)2
HF và HCl
+ Nước thải từ tháp xử lý khí thải + Khí thải: Hơi HF, HCl
+ CTR: Tế bào quang điện lỗi, mảnh Nguyên liệu (Tấm silic đơn
tinh thể) Nguyên liệu đầu vào tấm
silic đơn tinh thể
Khuếch tán Boron Nước tinh khiết (H2O)
H2O2, NaOH, HCl, HF, phụ gia
CTR: Các tấm silic không đạt chuẩn, phế liệu bao bì
Khắc mặt sau
SiH4, O2, N2
Tạo màng LPCVD
POCl3, khí N2, O2
Khuếch tán Photpho
Khắc mặt chính
O2, N2 Oxi hóa nhiệt
NaOH, H2O2, HF，phụ gia, Nước tinh khiết(H2O)
+ KT: NH3
+ Nước thải từ tháp khí thải + CTR: Tế bào quang điện lỗi TMA, Nước tinh khiết
(H2O)
+ NTSX: NaOH, H2O, NaOH + Khí thải: Hơi HF, HCl + Nước thải từ tháp khí thải
CVD oxy hóa màng nhôm
Phủ lớp chống phản xạ mặt trước + Bụi SiO2, NH3, N2O, nước rửa khí thải
SiH4, NH3, N2, N2O
Bụi SiO2, NH3, N2O, nước rửa khí thải
Phủ lớp chống phản xạ mặt sau SiH4, NH3, N2, N2O
Khí thải: SiO2
Khắc Laser tạo rãnh
+ KT: Hơi VOC
+ CTR: Tế bào quang điện lỗi In lưới sợi
hơi VOC
CTR: Than hoạt tính sau sử dụng Thêu kết
Truyền ánh sáng; phân loại và đóng gói BCl3, khí N2, O2
NaOH, H2O2, HF，HCl, phụ gia, Nước tinh khiết (H2O2)
KT: NOx
Hồ bạc
Xử lý bề mặt tấm silic: rửa, tạo nhám, tạo cấu trúc tinh thể, rửa
hoạt hóa (Tạo nhám)
+ NTSX : NaOH, H2O2, Na2SiO2(OH)2
HF và HCl
+ Nước thải từ tháp xử lý khí thải + Khí thải: Hơi HF, HCl
+ CTR: Tế bào quang điện lỗi, mảnh vụn
KT: SiH4, bụi SiO2
Nước thải từ tháp khí thải KT: Cl2, P2O5
Nước thải từ tháp khí thải
Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ và nguyên liệu đầu vào và dòng thải trong dây chuyền sản xuất tế bào quang điện loại TOPCON
* Thuyết minh quy trình sản xuất
Các công đoạn sản xuất của nhà máy đều thực hiện bằng hệ thống máy móc tự động, người lao động chỉ hỗ trợ trong việc thay đổi công đoạn sản xuất. Cụ thể của quy trình sản xuất được thực hiện qua các bước sau:
Bước 1: Kiểm tra tấm Silic
- Nguyên liệu đầu vào: Tấm silic đơn tinh thể được nhập từ nhà máy sản xuất tấm Silic Jinko Solar Việt Nam.
- Kiểm tra ngoại quan tấm Silic
- Các tấm silic được người lao động đặt lên khay chứa, sau đó theo băng chuyền tự động chuyển tấm silic đến vị trí của máy.
Bước 2: Rửa bề mặt, Tạo kết cấu nhám, gai bề mặt
- Nguyên liệu đầu vào: Tại bước này có sử dụng nước tinh khiết H2O từ hệ thống
RO và các loại hóa chất H2O2, NaOH , HCl, HF để rửa và tạo nhám bề mặt tấm silic.
Toàn bộ quá trình được thực hiện bằng robot trong thiết tự động khép kín: Các khay đựng các tấm silic tự động được chuyển vào máy tạo kết cấu chóp gai, sau đó được xử lý lần lượt qua công đoạn ném thô, làm sạch trước, tạo chóp, làm sạch sau, rửa hóa chất, kéo chậm, sấy khô v.v. Lượng dung dịch axit, kiềm và nước tinh khiết để làm sạch trong từng bể được quan trắc tự động và bổ sung qua thiết bị tự động. Các bước công nghệ xẩy ra trong từng khoang chứa hóa chất khác nhau (bản chất và nồng độ, thời gian lưu, nhiệt độ đều được kiểm soát chặt chẽ không có sự tham gia của con người. Tổng thời gian của công đoạn này là 32.5 phút. Các bước này phát thải ra các dòng nước thải có thành phần khác nhau.
Bước 3: Khuếch tán Boron:
- Mục đích: Là quá trình đưa tạp chất (Bo) vào mạng lưới tính thể của các phân tử Si trên lớp bề mặt của tấm Si, tạo ra các tế bào quang điện loại P. Nhiệt được sử dụng để khuyếch tán Bo vào mạng lưới tinh thể Si,.
+ Lò khuếch tán dạng ống chủ yếu do 4 bộ phận lớn hợp thành gồm: Bộ phận điều khiển, bộ phận thanh lọc thuyền đẩy, bộ phận lò giai nhiệt điện trở, bộ phận nguồn khí. Dung dịch BCl3 trạng thái lỏng làm nguồn khuếch tán.
- Quy trình khuếch tán:
Buồng phản ứng Tấm phân luồng khí
Buồng pha loãng Các tấm silic đặt song song với nhau Hình 3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị khuếch tán Boron
+ Tấm Silic được lấy ra từ giỏ cài phía trước bằng cánh tay robot, sau đó được đưa vào thuyền thạch anh có thể tải silic. Thuyền thạch anh được đưa đến ống thạch anh trong lò khuếch tán để khuếch tán ở nhiệt độ cao. Trước khi khuếch tán, N2 được đưa vào lò khuếch tán để thay thế hoàn toàn không khí trong ống thạch anh trong lò. Nhiệt độ sử dụng trong lò khuếch tán là 9500C sau đó oxy được đưa vào và boron triclorua lỏng (BCl3) được đưa vào lò khuếch tán bằng nitơ. Ở nhiệt độ cao, BCl3 và O2, Si phản ứng tạo ra SiO2 và nguyên tử Bo. Các nguyên tử Bo dần dần khuếch tán vào tấm Silic ở nhiệt độ cao tạo thành một Gradient nồng độ nhất định trên bề mặt của tấm silic và cuối cùng hình thành một tiếp giáp P – N.
+ Hình thành kết nối P-N là trình tự công đoạn cơ bản nhất, cũng là công đoạn quan trọng nhất để sản xuất tế bào quang điện.
+ Trong quá trình phản ứng cả Si và O2 đều dư, BCl3 phản ứng hết, phản ứng tạo ra khí thải chứa Cl2 khí này được xử lý và thải qua ống thoát khí.
Bước 4: Khắc mặt sau
- Trong quá trình khuếch tán Boron cạnh mép của tấm Silic có thể sẽ bị khuếch tán Boron. Các điện tử quang sinh ra được thu thập ở mặt trước của điểm tiếp giáp PN sẽ chạy về mặt sau của điểm tiếp giáp PN dọc theo khu vực nơi boron bị khuếch tán dọc theo cạnh sẽ gây ra hiện tượng ngắn mạch. Hiện tượng ngắn mạch này sẽ làm giảm điện trở song song. Đồng thời do Oxy được đưa vào trong quá trình khuếch tán nên trên bề mặt tấm Silic sẽ hình thành một lớp SiO2, Với sự có mặt của B2O3 và SiO2 ở nhiệt độ cao sẽ tạo thành BSG (thủy tinh borosilicat). Mục đích công đoạn khắc mặt sau nhằm loại bỏ thủy tinh borosilicat (BSG) xung quanh cạnh của tấm silic.
Hình 4: Sơ đồ quy trình khắc mặt sau và phát thải
Vật liệu sau khi khuếch tán Boron
Rửa sạch sơ bộ Rửa nước
Xì khô
Đánh bóng bằng kiềm
Làm sạch sau
Rửa nước Rửa nước
Rửa axit
Rửa nước Nước tinh khiết
Kéo chậm
Sấy khô
Công đoạn tiếp theo Rửa nước HF, Nước tinh khiết
Khí thải sương mù axit, nước thải axit đậm
Thành phần: H2[SiF6]; HF Làm sạch
Nước tinh khiết Nước thải axit loãng
Thành phần: HF
H2O2, NaOH, Nước tinh khiết
Nước thải tính kiềm mạnh Thành phần: Na2SiO2(OH)2;
NaOH, H2O2
Nước thải tính kiềm thấp Thành phần: NaOH Nước tinh khiết
NaOH, Phụ gia đánh bóng kiềm, Nước tinh khiết
Nước thải tính kiềm mạnh Thành phần: NaOH, Si
Nước thải tính kiềm thấp Thành phần: NaOH Nước tinh khiết
H2O2, NaOH, Nước tinh khiết
Nước thải tính kiềm mạnh Thành phần: Na2SiO2(OH)2;
NaOH, Si
Nước thải tính kiềm thấp Thành phần: NaOH,
Khí thải sương mù axit, nước thải aixt đậm Thành phần: HF, HCl, H2[SiF6]
Nước thải axit loãng Thành phần: HF, HCl HCl, HF, Nước tinh khiết
Nước tinh khiết
Nước tinh khiết Nước thải axit loãng
Thành phần: NaOH
Tế bào quang điện lỗi và mảnh vụn
(1) Làm sạch: Làm sạch nguyên liệu
(2) Rửa nước tinh khiết: Tấm Silic rửa qua dung dịch HF sẽ được rửa sạch lại bằng nước tinh khiết. Sử dụng phương pháp làm sạch ngược dòng và phun ở nhiệt độ bình thường là 60 giây.
(3) Xì khô: Sản phẩm sau khi được rửa bằng nước tinh khiết được chuyển sang xì khô ở nhiệt độ 900C trong khoảng 60 giây. Mục đích làm khô độ ẩm trên bề mặt của tấm Silic.
Lượng nước theo sản phẩm đi từ bước trên = 795,08 tấn/năm, trong quá trình sấy lượng nước này sẽ bay hơi.
(4) Làm sạch sơ bộ: Nhằm loại bỏ dung dịch axit còn lại trên bề mặt của tấm silic sau khi khắc, rửa bằng hỗn hợp dung dịch bao gồm NaOH 1%, H2O2 1,8%, Nước tinh khiết 97,2%.
(5) Rửa nước, Đánh bóng bằng kiềm: Mục đích làm sạch bề mặt của tấm silic để không làm ảnh hưởng tới khả năng dẫn điện của tế bào quang điện. Tấm silic được đưa vào bể chứa hỗn hợp bao gồm NaOH 3,3%, phụ gia đánh bóng 1,1%, nước tinh khiết khiết 95,6%. Quá trình này tạo thành một lớp vân chóp đồng nhất giúp tăng khả năng hấp thụ ánh sáng.
(6) Làm sạch sau: Thành phần dung dịch trong bồn rửa bao gồm NaOH, H2O2, nước tinh khiết.
(7): Rửa nước, rửa hóa chất: Mục đích loại bỏ kiềm dư trên bề mặt của tấm silic; loại bỏ SiO2 trên bề mặt của tấm silic, các nguyên tử flo và silic tạo thành liên kết kị nước Si-F; dễ khử nước và loại bỏ lớp thủy tinh borosilicat (BSG) hình thành trên bề mặt sau khi khuếch tán. Dung dịch rửa bao gồm Thành phần dung dịch trong bồn rửa bao gồm HCl 2,3%, HF 0,3%, nước tinh khiết 97,4%.
(8) Rửa nước
+ Rửa nước tinh khiết ở nhiệt độ thường: Tấm Silic sau được rửa bằng nước tinh khiết ở nhiệt độ thường nhằm loại bỏ axit.
(9) Kéo chậm
Sau quá trình rửa nước tinh khiết ở nhiệt độ thường sẽ chuyển sang công đoạn kéo chậm, sản phẩm tiếp tục được tiếp tục rửa bằng nước nóng có nhiệt độ khoảng 750C để làm sạch bằng rô bốt nâng chậm. Mục đích rửa nước nóng để loại bỏ độ ẩm trên bề mặt tấm silic, làm giảm các giọt nước đọng trên bề mặt của tấm silic dễ dàng loại bỏ các tạp chất đã được khử hấp thụ trên bề mặt và axit dư để chuẩn bị sang bước làm khô tấm silic.
(10) Sấy khô: Các tấm Silic sau khi được làm sạch sẽ chuyển sang hệ thống sấy để làm khô độ ẩm trên bề mặt của tấm silic và sấy ở nhiệt độ 680C trong khoảng 400 giây.
Công nghệ khắc mặt sau của dự án đều được thông qua quá trình khắc và đánh bóng tự động, toàn bộ quá trình vận hành cũng được thực hiện tự động. Các tấm silic đã được nạp vào giỏ được cánh tay băng tải đưa đến vị trí nhập liệu của máy khắc dây
chuyền và các tấm silic đi qua quá trình khắc khép kín tự động. Tấm silic được đi qua nhiều bồn chức năng khác nhau như tẩy và làm khô thông qua trục lăn trong máy khắc kín tự động; nhiệt độ sấy được kiểm soát ở 68°C. Máy đánh bóng là một thiết bị ngâm kiểu máng, bên trong của thiết bị có các máng làm sạch sơ bộ, đánh bóng kiềm, làm sạch sau, làm sạch bằng hóa chất, kéo chậm, sấy khô và các thiết bị vi mạch khác. Các tấm silic được xử lý bởi máy khắc sử dụng cánh tay băng tải để đưa các tấm silic đã được nạp vào giỏ cài đến nơi cấp liệu cho máy đánh bóng. Tấm silic lần lượt đi qua từng bồn chứa các dung dịch hóa chất theo chức năng thông qua cánh tay robot trong máy đánh bóng kiềm khép kín tự động. Thiết bị tự động kiểm soát và bổ sung axit, dung dịch kiềm và nước tinh khiết trong từng mô-đun điều khiển, axit và dung dịch kiềm trong bồn được bơm qua đường ống, và chất lỏng thải trong bồn thường xuyên được xả qua ống một cách có kiểm soát để được thu gom về hệ thống xử lý nước thải công nghiệp.
Bước 5: Tạo màng LPCVD (LPCVD là CVD ở áp suất thấp – ngưng đọng hơi hóa học bằng nhiệt – chế tạo màng mỏng trên tấm nền Silic)
Mục đích chính của công đoạn này là lắng đọng một lớp oxit siêu mỏng ở mặt sau của tấm silic để cung cấp khả năng thụ động và đồng thời cung cấp các rào cản đường hầm sóng mang khác nhau. Một lớp silic vô định hình được lắng đọng trên lớp oxit để tăng tính linh động của điện tử đồng thời ức chế tính linh động của lỗ trống. sự tiếp xúc giữa silic vô định hình và kim loại đóng vai trò như một cầu vận chuyển điện tử.
Tấm Silic được đưa ra khỏi hộp vận chuyển bằng hệ thống cấp liệu tự động và đặt trên thuyền thạch anh, sau đó thuyền thạch anh đi vào khoang khác nhau của máy LPCVD để tiến hành làm nóng trước rồi sau đó tráng màng. Ở nhiệt độ 600 ° C, bằng cách nung nóng, SiH4 được phản ứng trên bề mặt của tấm silic dưới áp suất thấp và lắng đọng lành một lớp màng rắn.
Sự lắng đọng lớp oxit: Oxi ở nhiệt độ cao, oxi và silic phản ứng tạo ra oxit silic, phương trình phản ứng:
Lắng đọng silic vô định: Khí silan đi qua nhiệt độ cao, silan phân hủy nhiệt thành silic và hydro, phương trình phản ứng như sau:
Bước 6: Khuếch tán Photpho
- Mục đích: Khuyếch tán các nguyên tử Photpho (tạp chất) vào mạng lưới tinh thể Si để tạo ra tế bào N trong cạp pin PN của tế bào quang điện. Công nghệ này sử dụng chất lỏng POCl3 để khuếch tán phốt pho, quá trình này thực hiện trong lò khuếch tán nhiệt độ cao. Các tấmsilic tự động để tải vào giỏ và nạp vào thuyền thạch anh. Nhân
O2 + Si SiO2
SiH4 Si + 2H2
viên vận hành đặt thuyền thạch anh lên bộ phận di chuyển để vận chuyển vào lò thạch anh. Sau khi thuyền thạch anh đi vào ống lò, đóng cửa lò và bắt đầu quá trình khuếch tán phot pho.
- Lò khuếch tán dạng ống gồm 4 bộ phận: Bộ phận xếp, dỡ tải của khuôn thạch anh; bộ phận buồng khí thải; bộ phận thân lò và bộ phận tủ hơi… Nhiệt độ lò khoảng 850-9000C, các nguyên tử photpho được khuyếch tán vào từ 4 phía của lớp bề mặt của tấm silic. Đồng thời thông qua khe hở giữa các nguyên tử silic sẽ khuếch tán thẩm thấu vào nội bộ tấm silic, hình thành mặt giáp giới giữa chất bán dẫn loại hình N và chất bán dẫn loại hình P, cũng chính là kết nối PN. Phương pháp này đã tạo ra kết nối PN có tính đồng đều cao, tính không đồng đều của điện trở vuông nhỏ hơn 10%. Sản xuất kết nối PN là trình tự công đoạn cơ bản nhất, cũng là công đoạn quan trọng nhất để sản xuất tế bào quang điện. Chính vì việc hình thành kết nối PN mới khiến cho điện tử và chỗ trống sau khi lưu động thì không trở về vị trí cũ nữa, hình thành dòng điện 1 chiều khi được nối với phụ tải.
- Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình khuếch tán photpho là:
+ POCl3 bị phân hủy thành P2O5 và clo dưới sự tham gia của nhiệt độ cao và oxy.
+ Để thúc đẩy sự phân hủy hoàn toàn của POCl3 trong quá trình khuếch tán phốt pho và ngăn PCl5 ăn mòn bề mặt của tấm silic, một lượng oxy nhất định phải được đưa vào trong khi nitơ được đi qua. Khi nhiệt độ cao nhất của quá trình là 910℃, P2O5 được tạo ra do sự phân hủy của POCl3 được lắng đọng trên bề mặt của tấm silic. Phần lớn P2O5
phản ứng với silicon để tạo ra SiO2 và phốt pho. Một lớp thủy tinh photphosilicat (PSG) được hình thành trên bề mặt của tấm silic và photpho khuếch tán vào silic ở nhiệt độ cao.
Hệ thống máy khếch tán phot pho ở trạng thái đóng và khép kín trong quá trình làm việc.
+ Chất thải phát sinh ra trong quá trình khuếch tán photpho là khí thải sinh ra từ phản ứng và các mảnh tế bào quang điện cũng như các bộ phận không đủ tiêu chuẩn sinh ra trong quá trình khuếch tán. Trong quá trình phản ứng, cả Si và O2 đều dư, POCl3 phản ứng hết, trong phản ứng sinh ra P2O5 và Cl2. Và đó chính là 1 dòng thải quan trọng từ quá trình khuyêch tán P
Bước 7: Khắc mặt chính (mặt trước)
- Mục đích: Việc khắc mặt trước là để loại bỏ lớp thủy tinh silicat phot pho (PSG) được hình thành ở mặt trước của tấm silic sau khi khuếch tán photpho ở mặt sau và tiến
5POCl3 3PCl5 + P2O5
4PCl5 +5O2 2P2O5 + 10Cl2
5POCl3 + O2 2P2O5 + 6Cl2
2P2O5 + 5Si 5SiO2 + 4P