Ogniwa słoneczne z krzemu polikrystalicznego są obecnie najpowszechniej stosowanym typem technologii fotowoltaicznej. Jego rdzeniem jest krzem polikrystaliczny, a proces produkcji krzemu polikrystalicznego jest ważnym ogniwem w całym łańcuchu produkcji baterii. Poniżej szczegółowo przedstawiono proces produkcji wlewków krzemu polikrystalicznego, w tym kluczowe etapy, takie jak wybór surowca, topienie, chłodzenie i tworzenie kryształów.
1. Dobór surowców
Pierwszym krokiem w produkcji wlewków krzemu polikrystalicznego jest selekcja surowców krzemowych o wysokiej czystości. Zwykle krzem przemysłowy (Si) oczyszcza się w celu usunięcia zanieczyszczeń, aby osiągnąć czystość 99,9999% (sześć dziewiątek). Aby uzyskać tak wysoką czystość, zwykle wymagane są zaawansowane technologie oczyszczania, takie jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Dobór surowców krzemowych o wysokiej czystości jest podstawą zapewnienia wydajności kolejnych ogniw z krzemu polikrystalicznego, ponieważ zanieczyszczenia będą miały wpływ na wydajność konwersji fotoelektrycznej i żywotność ogniwa.
2. Proces topienia
Po uzyskaniu surowców krzemowych o wysokiej czystości kolejnym etapem jest topienie. Topienie odbywa się najczęściej w piecu wysokotemperaturowym o temperaturze dochodzącej do 1400°C. Proces ten wymaga dużego zużycia energii, dlatego kluczowy jest wybór wydajnego pieca elektrycznego. Podczas procesu topienia struktura krystaliczna krzemu zostaje rozbita i staje się ciekłym krzemem. Proces topienia musi zapewniać jednolitą temperaturę, aby zapobiec powstawaniu pęcherzyków i innych wad.
3. Chłodzenie i zestalanie
Stopiony ciekły krzem należy stopniowo schładzać, aby mógł ulec rekrystalizacji i utworzyć krzem polikrystaliczny. Szybkość i temperatura chłodzenia mają kluczowe znaczenie, ponieważ wpływają na strukturę kryształów i jakość końcowego wlewka krzemowego. Podczas procesu chłodzenia ciekły krzem zacznie krzepnąć, tworząc wstępny wlewek krzemu polikrystalicznego. Ten etap zwykle przeprowadza się w specjalnym urządzeniu chłodzącym, aby zapewnić równomierne chłodzenie.
4. Tworzenie się kryształów
Podczas procesu chłodzenia atomy krzemu ułożą się ponownie, tworząc wiele kryształów zamiast struktury pojedynczego kryształu. Proces tworzenia wlewków krzemu polikrystalicznego obejmuje zaszczepianie i wzrost kryształów. Podczas procesu chłodzenia w niektórych obszarach najpierw utworzą się małe cząstki kryształów, które będą nadal rosły wraz ze spadkiem temperatury, ostatecznie tworząc kompletny wlewek krzemu polikrystalicznego. Rozsądna szybkość i czas chłodzenia mogą zoptymalizować rozmiar i rozkład kryształów, poprawiając w ten sposób wydajność krzemu polikrystalicznego.
5. Cięcie i obróbka wlewków krzemowych
Po ochłodzeniu wlewka krzemu polikrystalicznego do temperatury pokojowej należy go pociąć na cienkie plasterki w celu wykorzystania do produkcji ogniw słonecznych. W procesie tym zwykle wykorzystuje się precyzyjną maszynę do cięcia drutu, aby zapewnić grubość ciętej płytki krzemowej w zakresie 180–200 mikronów. Podczas procesu cięcia wymagana jest ostrożna obsługa, aby uniknąć marnowania materiału i uszkodzenia arkusza.
6. Kontrola jakości
W procesie produkcji wlewków krzemowych kontrola jakości ma kluczowe znaczenie. Każde ogniwo produkcyjne zostanie dokładnie przetestowane, aby upewnić się, że czystość, struktura krystaliczna i właściwości fizyczne wlewków krzemowych spełniają standardy. Zwykle stosuje się analizę spektralną, obserwację mikroskopową i inne metody w celu przeprowadzenia kompleksowej kontroli wlewka krzemu, aby upewnić się, że może on wykazywać dobre działanie podczas późniejszej produkcji baterii.
