โรงงานผลิต Solar Cell: ความต้องการ Instrument Air และ Process Air Class 0

TL;DR

• การผลิต Solar Cell ต้องการ Compressed Air สองประเภท: Instrument Air (ขับ Actuator) และ Process Air (สัมผัส Wafer โดยตรง)
• Process Air ต้องการ ISO 8573-1:2010 Class 0 — Contamination ส่งผลต่อ Conversion Efficiency ของ Cell โดยตรง
• AERZEN Rental Thailand ให้บริการทั้ง Short-Term, Long-Term และ Subscription Plan สำหรับโรงงาน PV ที่กำลัง Ramp-Up ในไทย

อุตสาหกรรม Solar Cell หรือ Photovoltaic (PV) Cell กำลังขยายตัวในไทยตามนโยบายพลังงานหมุนเวียน โรงงานผลิต Solar Cell ทั้ง Crystalline Silicon (c-Si) และ Thin Film Technology ต้องการ Compressed Air ที่มีคุณภาพสูงในหลายจุดของกระบวนการ เนื่องจาก Contamination ในลมอัดส่งผลโดยตรงต่อ Conversion Efficiency ของ Cell

Compressed Air ในโรงงาน Solar Cell แบ่งเป็นสองประเภทที่มีลักษณะการใช้งานและข้อกำหนดแตกต่างกัน ได้แก่ Instrument Air และ Process Air การเข้าใจความแตกต่างระหว่างสองประเภทนี้เป็นพื้นฐานสำคัญในการออกแบบระบบ Compressed Air ที่เหมาะกับสายการผลิต

Instrument Air คืออะไร และโรงงาน Solar Cell ใช้ที่ไหนบ้าง

Instrument Air คือลมอัดที่ใช้ขับเคลื่อน Control Instrument, Pneumatic Actuator, Valve และ Sensor Signal System ในระบบควบคุมกระบวนการ ลักษณะสำคัญของ Instrument Air คือต้องมีความแห้ง (Dew Point ต่ำ) และสะอาด (Particle และ Oil ต่ำ) เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของ Instrument ที่ขับเคลื่อนด้วยลมอัด

ในโรงงาน Solar Cell Instrument Air ใช้ในจุดหลักดังนี้:

• Pneumatic Valve ในระบบ Chemical Delivery — ควบคุม Flow ของสารเคมีที่ใช้ใน Wet Etching, Diffusion และ PECVD Process
• Robotic Arm และ Wafer Handling System — ขับเคลื่อนข้อต่อ Pneumatic ของ Robot ที่ขนย้าย Wafer ระหว่างสถานีงาน
• Control Actuator สำหรับ Furnace — ควบคุม Damper และ Gas Flow Valve ใน Diffusion Furnace
• Safety Interlock System — Pneumatic Safety Valve ที่ตัดระบบเมื่อตรวจพบ Abnormal Condition

Instrument Air ที่มี Moisture สูงหรือปนเปื้อน Oil จะทำให้ Instrument เสียหายเร็วกว่าอายุออกแบบ ทำให้ Valve Stick หรือ Actuator ทำงานผิดพลาด ซึ่งอาจสร้างปัญหาด้านความปลอดภัยและ Process Deviation ที่มีผลต่อ Product Quality

Process Air คืออะไร และทำไมจึงสำคัญกว่า Instrument Air

Process Air คือลมอัดที่สัมผัสกับ Product (Wafer, Cell) โดยตรงในระหว่างกระบวนการผลิต ประเภทนี้มีข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์สูงกว่า Instrument Air เนื่องจาก Contamination ใดๆ ในกระแสลมอัดจะถ่ายโอนไปสู่ผิว Wafer หรือ Cell โดยตรง

การใช้ Process Air ใน Solar Cell Manufacturing:

Wafer Surface Purge

ลมอัดเป่าทำความสะอาด Silicon Wafer ก่อน Deposition และ Diffusion Furnace Particle บน Wafer Surface ก่อนเข้า Furnace จะเผาไหม้และสร้าง Local Diffusion Anomaly ที่ทำให้ Emitter Layer ในบริเวณนั้นมีความต้านทานผิดปกติ

Anti-Reflection Coating (ARC) Deposition

ระบบ PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) ใช้ลมอัดในส่วน Handling และ Purge Path ก่อน Deposition น้ำมันใน Process Air ที่เข้าสู่ Chamber จะสร้าง Carbon Contamination บน ARC Layer ทำให้ Refractive Index เบี่ยงเบนจากค่าออกแบบ

Screen Printing — Metal Paste Application

ใน Silver Paste Printing สำหรับ Front Contact และ Aluminum BSF (Back Surface Field) ลมอัดขับเคลื่อน Squeegee System และ Substrate Handling Moisture ใน Process Air อาจเข้าไปใน Paste ทำให้ Rheology เปลี่ยน ส่งผลต่อ Line Width และ Aspect Ratio ของ Finger Contact

Laser Processing Zone

Laser Ablation ที่ใช้ใน Edge Isolation และ Structuring ของ Thin Film PV ต้องการ Purge Air ทั้งด้าน Lens และ Zone เพื่อเป่าเศษวัสดุออก น้ำมันใน Purge Air อาจ Deposit บน Optic ทำให้ Beam Quality ลดลง

ผลของ Contamination ต่อ Conversion Efficiency ของ Solar Cell

Conversion Efficiency คือ Metric หลักของ Solar Cell — สัดส่วนของพลังงานแสงที่แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ค่านี้วัดด้วยมาตรฐาน IEC 61215 (Crystalline Silicon) หรือ IEC 61646 (Thin Film) ในห้องทดสอบมาตรฐาน

Contamination จาก Compressed Air สร้าง Efficiency Loss ผ่านกลไกต่างๆ:

ISO 8573-1 Class 0 สำหรับ Solar Cell Manufacturing

มาตรฐาน ISO 8573-1:2010 กำหนด Quality Class สำหรับ Compressed Air โดย Class 0 คือระดับที่เข้มงวดที่สุด กำหนดโดยผู้ใช้งานให้เหมาะกับ Application เฉพาะ สำหรับโรงงาน Solar Cell ข้อกำหนดที่ใช้กันทั่วไปในส่วน Process Air:

• Oil Aerosol: ต่ำกว่า 0.01 mg/m³ (ISO 8573-1 Class 1) ถึง Undetectable (Class 0)
• Solid Particle: ตาม Cleanroom Class ของพื้นที่ (อ้างอิง ISO 14644-1 ร่วมกัน)
• Pressure Dew Point: ต่ำกว่า −40 °C สำหรับ Standard Process; ต่ำกว่า −60 °C สำหรับ Thin Film Deposition

AERZEN TVO Series (Oil-Free Screw Compressor) ได้รับการรับรองจาก TÜV Rheinland ในมาตรฐาน ISO 8573-1:2010 Class 0 ซึ่งเป็นการรับรองจากองค์กรอิสระที่แยกจาก Self-Certification ของผู้ผลิต — ทีม Quality ของโรงงาน Solar Cell สามารถนำ TÜV Certificate ไปใช้ประกอบ Customer Audit และ Process Qualification Document ได้โดยตรง วิศวกรรมระดับนี้เป็นผลจากประสบการณ์กว่า 160 ปีของ Aerzener Maschinenfabrik ในการพัฒนาระบบลมอัดสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการความแม่นยำสูง

Instrument Air vs Process Air — ควรใช้ระบบเดียวกันหรือแยกระบบ

การตัดสินใจว่าจะใช้ระบบ Compressed Air ระบบเดียวหรือแยกสำหรับ Instrument Air และ Process Air เป็นประเด็นที่ต้องพิจารณาร่วมกับ Plant Layout และ Production Volume

แนวทาง Single System with Class 0 Standard: ใช้ระบบ Oil-Free Compressor ที่ให้อากาศคุณภาพ Class 0 เพียงระบบเดียว แจกจ่ายไปทุก Point of Use ทั้ง Instrument Air และ Process Air แนวทางนี้เหมาะกับโรงงานขนาดกลางที่ต้องการลดความซับซ้อนในการ Maintain ระบบ

แนวทาง Dual System (Tiered Quality): แยก Process Air (Class 0) และ Instrument Air (Class 1 หรือดีกว่า) เป็นสองระบบ แนวทางนี้อาจประหยัด Operating Cost แต่เพิ่มความซับซ้อนของ Piping Design และ System Management

AERZEN Rental Thailand ให้บริการทั้งสองรูปแบบ ด้วยความยืดหยุ่นในการเช่าระบบขนาดต่างๆ และปรับ Configuration ตาม Production Ramp ของโรงงาน — หากสายการผลิต Solar Cell ขยายตัวในช่วง High-Demand ก็สามารถเพิ่มกำลังการผลิตของระบบลมอัดได้โดยไม่ต้องซื้อ Compressor ใหม่ทั้งชุด

อ่านเพิ่มเติม: Oil-Free Air สำหรับอุตสาหกรรม Electronics & Semiconductor ในประเทศไทย
→