Produksyon ng mga photovoltaic cell para sa mga solar panel

Ang batayan ng anumang photovoltaic installation ay palaging isang photovoltaic module. Ang isang photovoltaic module ay isang kumbinasyon ng mga photovoltaic cells na magkakaugnay na elektrikal. Ang terminong photovoltaic ay binubuo ng dalawang salitang «photo» (mula sa Greek. Light) at «volt» (Alessandro Volta - 1745-1827, Italian physicist) - isang yunit ng pagsukat para sa boltahe sa electrical engineering. Pag-aaral sa terminong photovoltaic, masasabi natin — ito nga ginagawang kuryente ang liwanag.

Ang isang photovoltaic cell (solar cell) ay ginagamit upang makabuo ng kuryente sa pamamagitan ng pag-convert ng solar radiation. Ang isang photocell ay maaaring isipin bilang isang diode na binubuo ng n-type at p-type na mga semiconductor na may isang carrier-depleted na rehiyon na nabuo, kaya ang isang unilluminated photocell ay parang diode at maaaring ilarawan bilang isang diode.

Para sa mga semiconductors na may lapad sa pagitan ng 1 at 3 eV, ang pinakamataas na teoretikal na kahusayan ay maaaring maabot sa 30%. Ang band gap ay ang pinakamababang enerhiya ng photon na maaaring mag-angat ng isang electron mula sa valence band patungo sa conduction band. Ang pinakakaraniwang komersyal na solar cell ay mga elemento ng flint.

Silicon monocrystals at polycrystals. Ang Silicon ngayon ay isa sa mga pinakakaraniwang elemento para sa paggawa ng mga photovoltaic modules. Gayunpaman, dahil sa mababang pagsipsip ng solar radiation, ang silicon crystal solar cells ay karaniwang ginagawang 300 µm ang lapad. Ang kahusayan ng silikon na monocrystalline photocell ay umabot sa 17%.

Kung kukuha tayo ng polycrystalline silicon photocell, kung gayon ang kahusayan para dito ay 5% na mas mababa kaysa sa monocrystalline silicon. Ang hangganan ng butil ng isang polycrystal ay ang recombination center ng mga charge carrier. Ang laki ng polycrystalline silicon crystal ay maaaring mag-iba mula sa ilang mm hanggang isang cm.

Gallium arsenide (GaAs). Ang mga solar cell ng Gallium arsenide ay nagpakita na ng kahusayan ng 25% sa mga kondisyon ng laboratoryo. Ang Gallium arsenide, na binuo para sa optoelectronics, ay mahirap gawin sa malalaking dami at medyo mahal para sa mga solar cell. Ang mga solar cell ng gallium arsenide ay inilalapat kasama ang mga solar concentrator, pati na rin para sa cosmonautics.

Teknolohiya ng thin film photocell. Ang pangunahing kawalan ng mga cell ng silikon ay ang kanilang mataas na gastos. Available ang mga thin-film cell na gawa sa amorphous silicon (a-Si), cadmium telluride (CdTe) o copper-indium diselinide (CuInSe2). Ang bentahe ng thin film solar cells ay ang pagtitipid ng mga hilaw na materyales at mas murang produksyon kumpara sa silicon solar cells. Samakatuwid, maaari nating sabihin na ang mga produktong manipis na pelikula ay may mga prospect para magamit sa mga photocell.

Ang downside ay ang ilang mga materyales ay medyo nakakalason, kaya ang kaligtasan ng produkto at pag-recycle ay may mahalagang papel. Bilang karagdagan, ang telluride ay isang nakakaubos na mapagkukunan kumpara sa silikon.Ang kahusayan ng thin-film photocells ay umabot sa 11% (CuInSe2).

Noong unang bahagi ng 1960s, ang mga solar cell ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang $1,000/W peak power at karamihan ay ginawa sa kalawakan. Noong 1970s, nagsimula ang mass production ng mga photocell at bumaba ang kanilang presyo sa $100/W. Ang karagdagang pag-unlad at pagbaba ng presyo ng mga photocell ay naging posible na gumamit ng mga photocell para sa mga pangangailangan ng sambahayan. Lalo na para sa bahagi ng populasyon na nakatira malayo sa mga linya ng kuryente at standard power supply, photovoltaic modules ay naging isang magandang alternatibo.

Ipinapakita ng larawan ang unang solar cell na nakabatay sa silikon. Ito ay nilikha ng mga siyentipiko at inhinyero ng kumpanyang Amerikano na Bell Laboratories noong 1956. Ang solar cell ay isang kumbinasyon ng mga photovoltaic module na konektado sa bawat isa. Ang kumbinasyon ay pinili depende sa mga kinakailangang electrical parameter tulad ng kasalukuyang at boltahe. Ang isang cell ng naturang solar battery, na gumagawa ng mas mababa sa 1 watt ng kuryente, ay nagkakahalaga ng $250. Ang kuryenteng ginawa ay 100 beses na mas mahal kaysa sa maginoo na grid.

Sa loob ng halos 20 taon, ang mga solar panel ay ginagamit lamang para sa espasyo. Noong 1977, ang halaga ng kuryente ay nabawasan sa $76 kada watt cell. Ang kahusayan ay unti-unting tumaas: 15% noong kalagitnaan ng 1990s at 20% noong 2000. Ang kasalukuyang pinakanauugnay na data sa paksang ito —Kahusayan ng mga solar cell at module

Ang produksyon ng silicon solar cells ay maaaring halos nahahati sa tatlong pangunahing yugto:

• produksyon ng mataas na kadalisayan ng silikon;

• paggawa ng manipis na silicone washers;

• pag-install ng photocell.

Ang pangunahing hilaw na materyal para sa produksyon ng mataas na kadalisayan na silikon ay quartz sand (SiO2)2). Ang pagkatunaw ay nakuha sa pamamagitan ng electrolysis metalurhikong silikonna may kadalisayan na hanggang 98%. Nagaganap ang proseso ng pagbawi ng silikon kapag nakipag-ugnayan ang buhangin sa carbon sa mataas na temperatura na 1800°C:

Ang antas ng kadalisayan na ito ay hindi sapat para sa paggawa ng isang photocell, kaya dapat itong iproseso pa. Ang karagdagang paglilinis ng silikon para sa industriya ng semiconductor ay isinasagawa halos sa buong mundo gamit ang teknolohiyang binuo ng Siemens.

"Proseso ng Siemens" ay ang paglilinis ng silikon sa pamamagitan ng reaksyon ng metalurhiko na silikon na may hydrochloric acid, na nagreresulta sa trichlorosilane (SiHCl3):

Ang Trichlorosilane (SiHCl3) ay nasa likidong bahagi, kaya madali itong nahiwalay sa hydrogen. Bilang karagdagan, ang paulit-ulit na paglilinis ng trichlorosilane ay nagdaragdag ng kadalisayan nito sa 10-10%.

Ang kasunod na proseso — pyrolysis ng purified trichlorosilane — ay ginagamit upang makagawa ng high-purity polycrystalline silicon. Ang resultang polycrystalline silicon ay hindi ganap na nakakatugon sa mga kondisyon para sa paggamit sa industriya ng semiconductor, ngunit para sa solar photovoltaic na industriya, ang kalidad ng materyal ay sapat.

Ang polycrystalline silicon ay isang hilaw na materyal para sa paggawa ng monocrystalline silicon. Dalawang paraan ang ginagamit para sa paggawa ng monocrystalline na silikon — ang Czochralski method at ang zone melting method.

Pamamaraan ni Czochralski ay masinsinang enerhiya at masinsinang materyal. Ang isang medyo maliit na halaga ng polycrystalline silicon ay sinisingil sa crucible at natunaw sa ilalim ng vacuum.Ang isang maliit na buto ng monosilicon ay bumagsak sa ibabaw ng matunaw at pagkatapos, pag-twist, tumataas, hinila ang cylindrical ingot sa likod nito, dahil sa puwersa ng pag-igting sa ibabaw.

Sa kasalukuyan, ang mga diameter ng mga iginuhit na ingot ay hanggang sa 300 mm. Ang haba ng mga ingot na may diameter na 100-150 mm ay umabot sa 75-100 cm Ang kristal na istraktura ng pinahabang ingot ay inuulit ang monocrystalline na istraktura ng buto. Ang pagtaas ng diameter at haba ng isang ingot, pati na rin ang pagpapabuti ng teknolohiya ng pagputol nito, ay magbabawas sa dami ng basura, kaya binabawasan ang halaga ng mga nagresultang photocell.

Teknolohiya ng sinturon. Ang teknolohikal na proseso na binuo ng Mobil Solar Energy Corporation ay batay sa paghila ng mga silicon strips mula sa natunaw at pagbuo ng mga solar cell sa kanila. Ang matrix ay bahagyang nalulubog sa silicon melt at, dahil sa epekto ng capillary, ang polycrystalline na silicon ay tumataas, na bumubuo ng isang laso. Ang natunaw ay nag-crystallize at inalis mula sa matrix. Upang madagdagan ang pagiging produktibo, ang kagamitan ay idinisenyo, kung saan posible na makatanggap ng hanggang siyam na sinturon sa parehong oras. Ang resulta ay isang siyam na panig na prisma.

Ang bentahe ng mga sinturon ay ang mga ito ay mura dahil sa ang katunayan na ang proseso ng pagputol ng ingot ay hindi kasama. Bilang karagdagan, ang mga rectangular photovoltaic cells ay madaling makuha, habang ang bilog na hugis ng monocrystalline plates ay hindi nakakatulong sa magandang paglalagay ng photovoltaic cell sa photovoltaic module.

Ang resultang polycrystalline o monocrystalline silicon rod ay dapat na gupitin sa manipis na mga wafer na 0.2-0.4 mm ang kapal. Kapag pinuputol ang isang baras ng monocrystalline silicon, humigit-kumulang 50% ng materyal ang nawala sa mga pagkalugi.Gayundin, ang mga round washers ay hindi palaging, ngunit madalas, gupitin upang makagawa ng isang parisukat na hugis.