ในยุคปัจจุบันเราคงจะได้ยินคำว่าโซล่าเซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ กันบ่อยมากขึ้น เพราะโซล่าเซลล์คือนวัตกรรมเทคโนโลยีในยุคใหม่ เป็นพลังงานสะอาดที่สามารถเปลี่ยนแสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับใช้งานทั่วๆ ไปได้นั่นเอง โดยหลายๆ ประเทศทั่วโลกต่างให้ความสนใจและพัฒนากระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ ให้เป็นหนึ่งในพลังงานทดแทนแบบยั่งยืน โดยมีแผงโซล่าเซลล์เป็นอุปกรณ์หลักในการผลิตไฟฟ้ากระแสตรง พัฒนาการของกระบวนการผลิตแผงโซล่าเซลล์เริ่มต้นมาตั้งแต่ปี 2497 โดยในช่วงแรกๆ นั้นเป็นการใช้เทคโนโลยีแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิคอนจนได้เซลล์แสงอาทิตย์ ต่อมากระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ ได้มีการพัฒนาจนก้าวหน้าและมีประสิทธิภาพเป็นอย่างมาก 

ปัจจุบันกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์มีทั้งหมด 2 วิธีหลักๆ ด้วยกัน คือ การผลิตเวเฟอร์ซิลิคอนแล้วนำเวเฟอร์ซิลิคอนมาผลิตโซล่าเซลล์ วันนี้เราจะพาไปดูรายละเอียด รู้จักกับขั้นตอนทั้งหมดในการผลิตโซล่าเซลล์ว่า มีกระบวนการอย่างไรก่อนนำมาใช้งาน

กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ ขั้นตอนที่ 1 การผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน

สารซิลิคอน (SILICON) เป็นสารกึ่งตัวนำที่หาได้ง่าย มีความทนทาน อายุการใช้งานยาวนาน และมีราคาที่ไม่สูงจนเกินไป เป็นสารชนิดเดียวกันกับที่ใช้ผลิตชิปคอมพิวเตอร์ และเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ นิยมนำมาใช้ในกระบวนการผลิตแผงโซล่าเซลล์กันอย่างแพร่หลายมากกว่าวัสดุชนิดอื่นๆ โดยซิลิคอนบริสุทธิ์จะถูกนำไปหลอมละลายในเตาอุณหภูมิสูง เพื่อสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ พร้อมใส่สารประกอบเพื่อให้เกิดการจับตัวกันเป็นผลึก จากนั้นจะดึงแท่งผลึกออกจากเตาหลอม จะได้ผลึกเดี่ยว ก่อนจะตัดแท่งผลึกให้เป็นแผ่นบางด้วยลวดตัดเพชร หลังจากได้แผ่นผลึกที่มีความหนาตามต้องการ จะนำมาขัดผิวให้เรียบ และเจือสารที่ทำให้เกิดรอยเชื่อมต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำสองประเภท ได้แก่ สารแบบ P-type และแบบ N-type ภายในผลึกกึ่งตัวนำเดี่ยว เรียกว่าการ P-NJunction ด้วยการ Diffusion ที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส

เวเฟอร์ซิลิคอนที่ได้มานั้น จะเป็นพาหะนำแสงอาทิตย์ โดยเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีคุณภาพ จะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพในการแปลงเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ในการนำมาใช้งานจริงนั่นเอง เท่ากับว่าหลังจากที่เราได้แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนมาแล้ว ก็จะนำผลึกที่ได้ไปต่อขั้ววงจรไฟฟ้า โดยผิวด้านบนจะเป็นขั้วลบ ส่วนผิวด้านล่างจะเป็นขั้วบวก ก่อนจะเคลือบฟิล์มผิวหน้า เพื่อป้องกันให้เกิดการสะท้อนแสงน้อยที่สุด เพื่อให้ได้เซลล์ที่สมบูรณ์แบบ จากนั้นจึงนำไปประกอบเข้าเป็นแผงโดยการใช้กระจกปิดทับเพื่อป้องกันแผ่นเซลล์ แล้วยิงซิลิโคนและอีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกันความชื้น จากนั้นจะผ่านการ Lamination เคลือบให้เป็นแผ่นเดียวกัน แล้วนำไปประกอบขึ้นเป็นเฟรมแผงโซล่าเซลล์

กระบวนการผลิตโซลล่าเซลล์ ขั้นตอนที่ 2 การนำแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนมาผลิตโซล่าเซลล์

จากนั้นก็จะถึงกระบวนการนำแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนมาผลิตเป็นแผงโซล่าเซลล์ โดยมีขั้นตอนดังนี้

ขั้นตอนที่ 1 การตรวจสอบและปรับสภาพเบื้องต้น

การตรวจสอบและปรับสภาพเบื้องต้นในการผลิตโซล่าเซลล์ เริ่มตั้งแต่การวัดค่าพารามิเตอร์ทางเทคนิคเวเฟอร์ซิลิคอน เช่น ความหยาบผิวหน้า อายุการใช้งาน และความต้านทาน เพื่อให้ได้เวเฟอร์ซิลิคอนที่มีความแม่นยำและมีประสิทธิภาพ

ขั้นตอนที่ 2 การสร้างพื้นผิว

การสร้างพื้นผิวในการผลิตโซล่าเซลล์ ต้องมีการเตรียมพื้นผิวซิลิคอน โดยการใช้การกัดกร่อนแบบแอนไอโซโทรปิก เพื่อสร้างโครงสร้างพีระมิดสี่ด้านนับล้านๆ บนพื้นผิวซิลิคอนทุกตารางเซนติเมตร เพื่อให้เกิดการสะท้อนแสงและดูดซับแสงในการผลิตพลังงานไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 3 การทำความสะอาดด้วยกรด

การทำความสะอาดด้วยกรดในการผลิตโซล่าเซลล์ เป็นอีกหนึ่งขั้นตอนในกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ เพื่อป้องกันปัญหาการกัดกร่อนของซิลิคอน ด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ ลิเธียมไฮดรอกไซด์ และเอธิลเนเดียม ในการทำความสะอาดซิลิคอน โดยใช้อุณหภูมิกัดกร่อนประมาณ 70-85 องศาเซลเซียส

ขั้นตอนที่ 4 การเพิ่มสารเจือปน

การเพิ่มสารเจือปนเป็นกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการเพิ่มสารเจือปนฟอสฟอรัสลงบนผลึกเวเฟอร์ซิลิคอน เพื่อให้ทำหน้าที่เป็นสื่อนำกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น

ขั้นตอนที่ 5 การแกะสลักและการแยกขอบ

ไม่เพียงเฉพาะแผ่นผลึกเวเฟอร์ซิลิคอนเท่านั้นที่ต้องเพิ่มสารเจือปน แต่ยังรวมไปถึงบริเวณขอบของแผ่นเวเฟอร์และบริเวณด้านหลังด้วย เพื่อช่วยให้เส้นทางวงจรกระแสไฟฟ้าทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ ส่วนการแยกขอบจะเป็นการจำกัดเส้นทางวงจรไฟฟ้ารอบขอบแผ่นเวเฟอร์ โดยจะวางแผ่นเซลล์ไว้ด้านบนของกันและกัน จากนั้นจึงนำเซลล์ไปแกะสลักด้วยพลาสมาเพื่อกัดขอบที่เปิดออก

ขั้นตอนที่ 6 การซักล้างหลังการแกะสลัก

หลังจากการแกะสลักด้วยพลาสมาในขั้นตอนก่อนหน้านี้แล้ว อนุภาคอาจยังคงตกค้างอยู่บนผลึกและขอบเวเฟอร์ ดังนั้น จึงต้องมีกระบวนการล้างเวเฟอร์ครั้งที่ 2 เพื่อกำจัดอนุภาคให้หมดไป

ขั้นตอนที่ 7 การเคลือบป้องกันแสงสะท้อน

หลังจากการซักล้างครั้งที่ 2 ขั้นตอนต่อไปคือการนำไปเคลือบสารป้องกันแสงสะท้อน (Anti-reflective Coating) หรือการเคลือบ AR เพื่อลดการสะท้อนแสงบนพื้นผิวเวเฟอร์ซิลิคอน และการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนยังช่วยเพิ่มปริมาณการดูดซับแสงอาทิตย์เข้าสู่ผลึกเซลล์ โดยใช้จะใช้ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) สำหรับเคลือบแบบบาง และใช้ไททาเนียมออกไซด์ (TiO2) สำหรับเคลือบแบบหนา จะสังเกตได้ว่าสีของแผ่นโซล่าเซลล์จะขึ้นอยู่กับการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนด้วยเช่นกัน โดยการเคลือบป้องกันแสงสะท้อนเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำนั้น แบ่งออกเป็น 3 แบบ ดังนี้

•       Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition (APCVD) เป็นการเคลือบ AR โดยใช้อุณหภูมิสูง
•       Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) เป็นการเคลือบ AR โดยกระบวนการตกตะกอนในเตาหลอมแบบท่อเช่นเดียวกับวิธี APCVD และต้องใช้อุณหภูมิสูง
•       Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) เป็นการเคลือบ AR บนแผ่นเวเฟอร์โดยใช้สารเคลือบบาง ที่มีสถานะเป็นก๊าซและผ่านกระบวนการทำปฏิกิริยาเคมีจนแข็งตัวบนแผ่นเวเฟอร์

ขั้นตอนที่ 8 การพิมพ์และการอบแห้ง

ในขั้นตอนต่อมา จะนำเวเฟอร์ซิลิคอนไปเข้าเฟรมโลหะ โดยการพิมพ์ลงที่ด้านหลังของเวเฟอร์ อุปกรณ์การพิมพ์สกรีนแบบพิเศษ หลังจากนั้นจะนำแผ่นเวเฟอร์ไปผ่านกระบวนการทำให้แห้ง เมื่อแห้งดีแล้วจะนำไปพิมพ์หน้าสัมผัสด้านหน้า และผ่านกระบวนการทำให้แห้งอีกครั้ง เมื่อหน้าสัมผัสแห้งดีแล้ว ทั้งด้านหหน้าและด้านหลังแผ่นเวเฟอร์จะถูกส่งผ่านเตาเผาผนึก หลังจากเวเฟอร์ถูกทำให้เย็นลง ก็จะเป็นกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ที่สมบูรณ์แบบ

 ขั้นตอนที่ 9 ทดสอบและการเรียงลำดับเซลล์

กระบวนการผลิตแผงโซล่าเซลล์ในขั้นสุดท้าย หลังจากประกอบแล้ว คือ การทดสอบประสิทธิภาพการใช้งานของเซลล์ โดยอุปกรณ์ทดสอบเซลล์แสงอาทิตย์จำลอง เพื่อจำแนกเกรดและจัดเรียงคุณภาพ ให้มีความพร้อมสำหรับการใช้งานทั่วไป

ประเภทของการตรวจสอบในขั้นตอนการผลิตโซล่าเซลล์ มีอะไรบ้าง

โดยหลักการแล้ว ในกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์จะแบ่งการตรวจสอบออกเป็น 3 ประเภท ด้วยกัน ได้แก่ การตรวจสอบก่อนการผลิต หลังการผลิต และการติดตามผลการผลิต

ขั้นตอนการตรวจสอบก่อนการผลิต

คือ การตรวจสอบคุณภาพวัสดุอุปกรณ์ กำหนดระยะเวลาให้แน่นอนทั้งในด้านการควบคุม การวางแผนการผลิต เพื่อให้ได้แผงโซล่าเซลล์ที่มีคุณภาพมาตรฐาน รวมถึงความปลอดภัยในระหว่างการผลิตด้วย

ขั้นตอนการตรวจสอบหลังการผลิต

การตรวจสอบหลังการผลิต จะเป็นการตรวจสอบแผงโซล่าเซลล์ที่ผลิตเสร็จแล้วให้ครบถ้วนรอบด้าน ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่ สายไฟ อินเวอร์เตอร์ รวมถึงความถูกต้องเป็นไปตามที่กำหนดหรือไม่ พร้อมๆ กับดำเนินการเพื่อให้แผงโซล่าเซลล์เสร็จสมบูรณ์พร้อมใช้งาน ดังนี้

•         ตรวจสอบภายนอก หรือการตรวจสอบด้วยสายตา เช่น ตรวจดูแผงโซล่าเซลล์ว่าไม่มีรอยแตก สายไฟมีความยาวตามมาตรฐานกำหนด ขอบแนวไม่มีรอยแหว่งติดแน่นทุกส่วน รวมไปถึงแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์  ฉลาก ขนาด ความกว้าง ความยาว ให้เป็นไปตามที่กำหนด และไม่มีความเสียหายใดๆ
•         ตรวจสอบวงจรการทำงานของแผงโซล่าเซลล์ ด้วยการจ่ายกระแสไฟเพื่อดูว่ามีความร้อนมากกว่าปกติหรือไม่ รวมทั้งดูส่วนอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีความปลอดภัย
•         ตรวจสอบการติดฉลากต่างๆ เช่น บาร์โค้ด โลโก้สินค้า ฉลากที่ระบุประเภท ขนาด การใช้งาน และข้อกำหนดต่างๆ
•         ตรวจสอบก่อนการจัดส่ง ซึ่งจะประกอบไปด้วย การบรรจุแผงโซล่าเซลล์ อุปกรณ์ และชิ้นส่วนอื่นๆ ครบถ้วน กล่องมีคุณภาพมาตรฐาน ชื่อที่อยู่ผู้รับ และรายละเอียดอื่นๆ ให้ถูกต้อง

ขั้นตอนการติดตามผลการผลิต

ในส่วนของขั้นตอนการติดตามผล หลังจากกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์เสร็จสิ้น และถือว่าเป็นอีกหนึ่งขั้นตอนสำคัญในการติดตามตรวจสอบคุณภาพมาตรฐานของแผงโซล่าเซลล์ที่นำไปใช้งาน ซึ่งจะเป็นการรวบข้อมูลด้านต่างๆ ที่เป็นประโยชน์ในด้านการพัฒนาการผลิต ให้เป็นไปตามมาตรฐานที่กระบวนการผลิตโซล่าเซลล์กำหนดไว้ รวมถึงต้องมีการควบคุมดูแลอย่างเข้มงวด เพื่อได้คุณภาพ ประสิทธิภาพ และปลอดภัยขณะใช้งาน

ปัญหาด้านคุณภาพที่มักพบในกระบวนการผลิตแผงโซลล่าเซลล์

สิ่งที่ต้องคำนึงอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์ ต้องมีกระบวนการตรวจสอบคุณภาพ เพื่อให้ได้ตามมาตรฐานที่กำหนดไว้ หากไม่ได้มาตรฐานอาจจะเกิดปัญหาตามมาภายหลังอีกหลายๆ ด้าน เช่น

•         น้ำเข้าไปในแผงโซล่าเซลล์
•         สีของเซลล์ไม่ถูกต้อง ซึ่งอาจเกิดจากการเคลือบสะท้อนแสง
•         ความเสียหายต่อแผงวงจร
•         ฟองอากาศบนแผง
•         สิ่งแปลกปลอมภายในเซลล์
•         ร่องรอยกาวบนกล่องรวมสัญญาณ
•         รอยแตกขนาดเล็กบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์
•         เซลล์แสงอาทิตย์อาจเกิดแตกหักหรือบิ่น
•         รอยขีดข่วนบนกระจก
•         การจัดตำแหน่งสตริงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เหมาะสม ไม่เรียงตัวอย่างถูกต้อง
•         ขนาดที่ไม่ได้มาตรฐาน
•         ความยาวสายเคเบิลไม่ตรงตามที่กำหนด อาจจะสั้นหรือยาวเกินไป
•         ความต้านทานของฉนวนไม่ดีพอ ซึ่งเกิดจากฉนวนไม่มีคุณภาพ
•         ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลงไฟ ขาดประสิทธิภาพในการประจุไฟ

สรุปจาก SORARUS

ในกระบวนการผลิตโซล่าเซลล์นั้น หลายคนอาจจะยังไม่รู้ว่า จริงๆ แล้วแผงโซล่าเซลล์ไม่ได้เป็นแผงที่สามารถนำมาติดตั้งใช้งานได้เลยตั้งแต่แรก แต่จะมีกระบวนการผลิตแผงโซล่าเซลล์ก่อนหน้านั้นอีกหลายขั้นตอนมาก ๆ ตั้งแต่การสกัดสารซิลิคอน ผ่านกระบวนการต่างๆ ขึ้นรูปแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ผ่านการทดสอบทั้งก่อนและหลังการผลิต จนกระทั่งเป็นแผงโซล่าเซลล์ในแบบที่เราคุ้นเคยกันเป็นอย่างดี จนกระทั่งปัจจุบันการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ เพื่อนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาผลิตกระแสไฟฟ้าใช้นั้น กำลังเป็นเทรนด์ที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เพราะเป็นการใช้พลังงานสะอาด ช่วยลดภาวะโลกร้อน และเป็นการใช้พลังงานทางเลือกที่คุ้มค่าเป็นอย่างยิ่ง