Produktion af solcelleceller til solpaneler

Grundlaget for enhver solcelleinstallation er altid et solcellemodul. Et fotovoltaisk modul er en kombination af fotovoltaiske celler, der er elektrisk forbundet med hinanden. Udtrykket fotovoltaisk består af to ord «foto» (fra græsk. Lys) og «volt» (Alessandro Volta - 1745-1827, italiensk fysiker) - en måleenhed for spænding i elektroteknik. Ved at analysere udtrykket solcelle, kan vi sige - det er det omdanne lys til elektricitet.

En fotovoltaisk celle (solcelle) bruges til at generere elektricitet ved at omdanne solstråling. En fotocelle kan opfattes som en diode, der består af n-type og p-type halvledere med et bærebølgeudtømt område dannet, så en ubelyst fotocelle er som en diode og kan beskrives som en diode.

For halvledere med en bredde mellem 1 og 3 eV kan den maksimale teoretiske effektivitet nås til 30%. Båndgabet er den minimale fotonenergi, der kan løfte en elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet. De mest almindelige kommercielle solceller er flint elementer.

Silicium monokrystaller og polykrystaller. Silicium er i dag et af de mest almindelige elementer til produktion af solcellemoduler. Men på grund af den lave absorption af solstråling laves siliciumkrystalsolceller normalt 300 µm brede. Effektiviteten af ​​den monokrystallinske siliciumfotocelle når 17%.

Hvis vi tager en polykrystallinsk siliciumfotocelle, så er effektiviteten for den 5% lavere end for monokrystallinsk silicium. En polykrystals korngrænse er rekombinationscentret for ladningsbærere. Størrelsen af ​​polykrystallinske siliciumkrystaller kan variere fra få mm til en cm.

Galliumarsenid (GaAs). Galliumarsenid-solceller har allerede vist en effektivitet på 25% under laboratorieforhold. Galliumarsenid, udviklet til optoelektronik, er svært at producere i store mængder og ret dyrt for solceller. Galliumarsenid solceller anvendes sammen med solcellekoncentratorer, såvel som for kosmonautik.

Tynd film fotocelle teknologi. Den største ulempe ved siliciumceller er deres høje omkostninger. Tyndfilmsceller fremstillet af amorft silicium (a-Si), cadmiumtellurid (CdTe) eller kobberindiumdiselinid (CuInSe2) er tilgængelige. Fordelen ved tyndfilmssolceller er besparelsen af ​​råmaterialer og billigere produktion sammenlignet med siliciumsolceller. Derfor kan vi sige, at tyndfilmsprodukter har udsigt til brug i fotoceller.

Ulempen er, at nogle materialer er ret giftige, så produktsikkerhed og genbrug spiller en vigtig rolle. Derudover er tellurid en udtømmende ressource sammenlignet med silicium.Effektiviteten af ​​tyndfilmsfotoceller når 11 % (CuInSe2).

I begyndelsen af ​​1960'erne kostede solceller cirka 1.000 $/W spidseffekt og blev for det meste fremstillet i rummet. I 1970'erne begyndte masseproduktionen af ​​fotoceller og deres pris faldt til $100/W. Yderligere fremskridt og en reduktion i prisen på fotoceller gjorde det muligt at bruge fotoceller til husholdningsbehov Især for en del af befolkningen, der bor langt fra elledninger og standard strømforsyninger, er solcellemoduler blevet et godt alternativ.

Billedet viser den første siliciumbaserede solcelle. Den blev skabt af forskere og ingeniører fra det amerikanske firma Bell Laboratories i 1956. En solcelle er en kombination af solcellemoduler, der er elektrisk forbundet med hinanden. Kombinationen vælges afhængigt af de nødvendige elektriske parametre såsom strøm og spænding. En celle i et sådant solbatteri, der producerer mindre end 1 watt elektricitet, koster 250 dollars. Den producerede strøm var 100 gange dyrere end fra det konventionelle net.

I næsten 20 år har solpaneler kun været brugt til plads. I 1977 blev prisen på elektricitet reduceret til $76 per wattcelle. Effektiviteten steg gradvist: 15 % i midten af ​​1990'erne og 20 % i 2000. De aktuelle mest relevante data om dette emne —Effektivitet af solceller og moduler

Produktionen af ​​siliciumsolceller kan groft opdeles i tre hovedfaser:

• produktion af høj renhed silicium;

• fremstilling af tynde silikoneskiver;

• installation af fotocellen.

Det vigtigste råmateriale til fremstilling af højrent silicium er kvartssand (SiO2)2). Smelten opnås ved elektrolyse metallurgisk siliciumsom har en renhed på op til 98%. Siliciumgenvindingsprocessen finder sted, når sand interagerer med kulstof ved en høj temperatur på 1800°C:

Denne renhedsgrad er ikke tilstrækkelig til fremstilling af en fotocelle, så den skal videreforarbejdes. Den videre rensning af silicium til halvlederindustrien udføres praktisk talt over hele verden ved hjælp af teknologi udviklet af Siemens.

"Siemens Process" er rensning af silicium ved omsætning af metallurgisk silicium med saltsyre, hvilket resulterer i trichlorsilan (SiHCl3):

Trichlorsilan (SiHCl3) er i flydende fase, så det adskilles let fra brinten. Derudover øger gentagen destillation af trichlorsilan dens renhed til 10-10%.

Den efterfølgende proces - pyrolyse af renset trichlorsilan - bruges til at fremstille højrent polykrystallinsk silicium. Det resulterende polykrystallinske silicium opfylder ikke fuldt ud betingelserne for brug i halvlederindustrien, men for solcelleindustrien er materialets kvalitet tilstrækkelig.

Polykrystallinsk silicium er et råmateriale til fremstilling af monokrystallinsk silicium. To metoder bruges til fremstilling af monokrystallinsk silicium - Czochralski-metoden og zonesmeltemetoden.

Czochralskis metode er energikrævende såvel som materialekrævende. En relativt lille mængde polykrystallinsk silicium fyldes i diglen og smeltes under vakuum.Et lille frø af monosilicium falder på overfladen af ​​smelten og stiger derefter, vrider sig, og trækker den cylindriske barre bag sig på grund af overfladespændingens kraft.

På nuværende tidspunkt er diametrene på de trukne barrer op til 300 mm. Længden af ​​barren med en diameter på 100-150 mm når 75-100 cm Krystalstrukturen af ​​den aflange barre gentager frøets monokrystallinske struktur. Forøgelse af diameteren og længden af ​​en barre, samt forbedring af teknologien til dens skæring, vil reducere mængden af ​​affald og dermed reducere omkostningerne ved de resulterende fotoceller.

Bælteteknologi. Den teknologiske proces udviklet af Mobil Solar Energy Corporation er baseret på at trække siliciumstrimler fra smelten og danne solceller på dem. Matrixen er delvist nedsænket i siliciumsmelten og på grund af kapillæreffekten stiger det polykrystallinske silicium og danner et bånd, smelten krystalliserer og fjernes fra matrixen. For at øge produktiviteten er udstyret designet, hvorpå det er muligt at modtage op til ni bælter på samme tid. Resultatet er et ni-sidet prisme.

Fordelen ved bælter er, at de er billige på grund af det faktum, at processen med at skære barren er udelukket. Derudover kan rektangulære solcelleceller nemt fås, mens den runde form af monokrystallinske plader ikke bidrager til den gode placering af solcellecellen i solcellemodulet.

De resulterende polykrystallinske eller monokrystallinske siliciumstænger skal derefter skæres i tynde skiver med en tykkelse på 0,2-0,4 mm. Når man skærer en stang af monokrystallinsk silicium, går omkring 50% af materialet tabt.Også runde skiver er ikke altid, men ofte, skåret til en firkantet form.