Produksjon av solcelleceller til solcellepaneler

Grunnlaget for enhver solcelleinstallasjon er alltid en solcellemodul. En solcellemodul er en kombinasjon av solcelleceller elektrisk koblet sammen. Begrepet fotovoltaisk består av to ord «foto» (fra gresk. Lys) og «volt» (Alessandro Volta - 1745-1827, italiensk fysiker) - en måleenhet for spenning i elektroteknikk. Ved å analysere begrepet fotovoltaisk, kan vi si - det er det konvertere lys til elektrisitet.

En fotovoltaisk celle (solcelle) brukes til å generere elektrisitet ved å konvertere solstråling. En fotocelle kan betraktes som en diode som består av n-type og p-type halvledere med et bærebølgeutarmt område dannet, så en ubelyst fotocelle er som en diode og kan beskrives som en diode.

For halvledere med en bredde mellom 1 og 3 eV kan den maksimale teoretiske virkningsgraden nås til 30 %. Båndgapet er den minste fotonenergien som kan løfte et elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet. De vanligste kommersielle solcellene er flintelementer.

Silisium monokrystaller og polykrystaller. Silisium er i dag et av de vanligste elementene for produksjon av solcellemoduler. Men på grunn av den lave absorpsjonen av solstråling, lages silisiumkrystallsolceller vanligvis 300 µm brede. Effektiviteten til den monokrystallinske silisiumfotocellen når 17%.

Hvis vi tar en polykrystallinsk silisiumfotocelle, er effektiviteten for den 5% lavere enn for monokrystallinsk silisium. Korngrensen til en polykrystall er rekombinasjonssenteret for ladningsbærere. Størrelsen på polykrystallinske silisiumkrystaller kan variere fra noen få mm til en cm.

Galliumarsenid (GaAs). Galliumarsenid-solceller har allerede vist en effektivitet på 25 % under laboratorieforhold. Galliumarsenid, utviklet for optoelektronikk, er vanskelig å produsere i store mengder og ganske dyrt for solceller. Galliumarsenid solceller påføres sammen med solenergikonsentratorer, så vel som for kosmonautikk.

Tynnfilm fotocelleteknologi. Den største ulempen med silisiumceller er deres høye kostnader. Tynnfilmceller laget av amorft silisium (a-Si), kadmiumtellurid (CdTe) eller kobberindiumdiselinid (CuInSe2) er tilgjengelige. Fordelen med tynnfilmsolceller er sparing av råvarer og billigere produksjon sammenlignet med silisiumsolceller. Derfor kan vi si at tynnfilmsprodukter har muligheter for bruk i fotoceller.

Ulempen er at noen materialer er ganske giftige, så produktsikkerhet og resirkulering spiller en viktig rolle. I tillegg er tellurid en uttømmende ressurs sammenlignet med silisium.Effektiviteten til tynnfilmfotoceller når 11 % (CuInSe2).

På begynnelsen av 1960-tallet kostet solceller omtrent $ 1000/W toppeffekt og ble for det meste produsert i verdensrommet. På 1970-tallet startet masseproduksjonen av fotoceller og prisen falt til 100 dollar/W. Ytterligere fremgang og reduksjon i prisen på fotoceller gjorde det mulig å bruke fotoceller til husholdningsbehov Spesielt for en del av befolkningen som bodde langt fra kraftledninger og standard strømforsyninger har solcellemoduler blitt et godt alternativ.

Bildet viser den første silisiumbaserte solcellen. Den ble laget av forskere og ingeniører fra det amerikanske selskapet Bell Laboratories i 1956. En solcelle er en kombinasjon av solcellemoduler som er elektrisk koblet til hverandre. Kombinasjonen velges avhengig av nødvendige elektriske parametere som strøm og spenning. En celle i et slikt solcellebatteri, som produserer mindre enn 1 watt strøm, koster 250 dollar. Elektrisiteten som ble produsert var 100 ganger dyrere enn fra det konvensjonelle nettet.

I snart 20 år har solcellepaneler kun vært brukt til plass. I 1977 ble strømkostnadene redusert til 76 dollar per wattcelle. Effektiviteten økte gradvis: 15 % på midten av 1990-tallet og 20 % innen 2000. De nåværende mest relevante dataene om dette emnet —Effektivitet av solceller og moduler

Produksjonen av silisiumsolceller kan grovt deles inn i tre hovedtrinn:

• produksjon av høy renhet silisium;

• lage tynne silikonskiver;

• installasjon av fotocellen.

Hovedråstoffet for produksjon av høyrent silisium er kvartssand (SiO2)2). Smelten oppnås ved elektrolyse metallurgisk silisiumsom har en renhet på opptil 98 %. Silisiumgjenvinningsprosessen finner sted når sand interagerer med karbon ved en høy temperatur på 1800°C:

Denne renhetsgraden er ikke tilstrekkelig for produksjon av en fotocelle, så den må bearbeides videre. Den videre rensingen av silisium for halvlederindustrien utføres praktisk talt over hele verden ved hjelp av teknologi utviklet av Siemens.

«Siemens prosess» er rensing av silisium ved omsetning av metallurgisk silisium med saltsyre, noe som resulterer i triklorsilan (SiHCl3):

Triklorsilan (SiHCl3) er i væskefasen, så det skilles lett fra hydrogenet. I tillegg øker gjentatt destillasjon av triklorsilan renheten til 10-10%.

Den påfølgende prosessen - pyrolyse av renset triklorsilan - brukes til å produsere polykrystallinsk silisium med høy renhet. Det resulterende polykrystallinske silisiumet oppfyller ikke fullt ut betingelsene for bruk i halvlederindustrien, men for solcelleindustrien er kvaliteten på materialet tilstrekkelig.

Polykrystallinsk silisium er et råmateriale for produksjon av monokrystallinsk silisium. To metoder brukes for produksjon av monokrystallinsk silisium - Czochralski-metoden og sonesmeltemetoden.

Czochralskis metode er energikrevende så vel som materialintensiv. En relativt liten mengde polykrystallinsk silisium fylles i digelen og smeltes under vakuum.Et lite frø av monosilisium faller på overflaten av smelten og deretter, vridning, stiger, og trekker den sylindriske blokken bak seg på grunn av kraften fra overflatespenningen.

For tiden er diameteren på de trukket blokkene opptil 300 mm. Lengden på blokkene med en diameter på 100-150 mm når 75-100 cm.Krystallstrukturen til den langstrakte blokken gjentar den monokrystallinske strukturen til frøet. Å øke diameteren og lengden på en blokk, samt å forbedre teknologien for kutting, vil redusere mengden avfall, og dermed redusere kostnadene for de resulterende fotocellene.

Belteteknologi. Den teknologiske prosessen utviklet av Mobil Solar Energy Corporation er basert på å trekke silisiumstrimler fra smelten og danne solceller på dem. Matrisen er delvis nedsenket i silisiumsmelten, og på grunn av kapillæreffekten stiger det polykrystallinske silisiumet og danner et bånd.Smelten krystalliserer og fjernes fra matrisen. For å øke produktiviteten er utstyret designet, hvor det er mulig å motta opptil ni belter samtidig. Resultatet er et ni-sidet prisme.

Fordelen med belter er at de er rimelige på grunn av at prosessen med å kutte blokken er utelukket. I tillegg kan rektangulære solcelleceller enkelt fås, mens den runde formen på monokrystallinske plater ikke bidrar til god plassering av solcellecellen i solcellemodulen.

De resulterende polykrystallinske eller monokrystallinske silisiumstavene må deretter kuttes i tynne skiver 0,2-0,4 mm tykke. Ved skjæring av en stang av monokrystallinsk silisium går omtrent 50 % av materialet tapt.Også runde skiver er ikke alltid, men ofte, kuttet for å lage en firkantet form.