Pengeluaran sel fotovoltaik untuk panel solar

Asas mana-mana pemasangan fotovoltaik sentiasa modul fotovoltaik. Modul fotovoltaik ialah gabungan sel fotovoltaik yang disambungkan secara elektrik bersama. Istilah fotovoltaik terdiri daripada dua perkataan «foto» (dari bahasa Yunani. Cahaya) dan «volt» (Alessandro Volta - 1745-1827, ahli fizik Itali) - satu unit ukuran untuk voltan dalam kejuruteraan elektrik. Menganalisis istilah fotovoltaik, kita boleh katakan - ia adalah menukarkan cahaya kepada elektrik.

Sel fotovoltaik (sel suria) digunakan untuk menjana elektrik dengan menukar sinaran suria. Sebuah fotosel boleh dianggap sebagai diod yang terdiri daripada semikonduktor jenis-n dan jenis-p dengan kawasan kehabisan pembawa terbentuk, jadi fotosel yang tidak bercahaya adalah seperti diod dan boleh digambarkan sebagai diod.

Untuk semikonduktor dengan lebar antara 1 dan 3 eV, kecekapan teori maksimum boleh dicapai hingga 30%. Jurang jalur ialah tenaga foton minimum yang boleh mengangkat elektron dari jalur valens ke jalur konduksi. Sel suria komersial yang paling biasa ialah unsur batu api.

Silikon monohablur dan polihablur. Silikon hari ini merupakan salah satu elemen yang paling biasa untuk pengeluaran modul fotovoltaik. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh penyerapan sinaran suria yang rendah, sel suria kristal silikon biasanya dibuat selebar 300 µm. Kecekapan fotosel silikon monohabluran mencapai 17%.

Jika kita mengambil fotosel silikon polihabluran, maka kecekapan untuknya adalah 5% lebih rendah daripada silikon monohabluran. Sempadan butiran polihablur ialah pusat penggabungan semula pembawa cas. Saiz kristal silikon polihablur boleh berbeza dari beberapa mm hingga satu cm.

Gallium arsenide (GaAs). Sel suria gallium arsenide telah pun menunjukkan kecekapan sebanyak 25% dalam keadaan makmal. Gallium arsenide, dibangunkan untuk optoelektronik, sukar dihasilkan dalam kuantiti yang banyak dan agak mahal untuk sel solar. Sel suria gallium arsenide digunakan bersama dengan penumpu suria, dan juga untuk kosmonautik.

Teknologi fotosel filem nipis. Kelemahan utama sel silikon ialah kosnya yang tinggi. Sel filem nipis yang diperbuat daripada silikon amorf (a-Si), kadmium telluride (CdTe) atau copper-indium diselinide (CuInSe2) boleh didapati. Kelebihan sel solar filem nipis ialah penjimatan bahan mentah dan pengeluaran yang lebih murah berbanding sel solar silikon. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa produk filem nipis mempunyai prospek untuk digunakan dalam fotosel.

Kelemahannya ialah sesetengah bahan agak toksik, jadi keselamatan produk dan kitar semula memainkan peranan penting. Di samping itu, telluride adalah sumber yang semakin berkurangan berbanding silikon.Kecekapan fotosel filem nipis mencapai 11% (CuInSe2).

Pada awal 1960-an, sel suria menelan belanja kira-kira $1,000/W kuasa puncak dan kebanyakannya dihasilkan di angkasa. Pada tahun 1970-an, pengeluaran besar-besaran fotosel bermula dan harganya menurun kepada $100/W. Kemajuan selanjutnya dan pengurangan harga fotosel membolehkan fotosel digunakan untuk keperluan isi rumah. Terutamanya bagi sebahagian penduduk yang tinggal jauh dari talian elektrik dan bekalan kuasa standard, modul fotovoltaik telah menjadi alternatif yang baik.

Foto menunjukkan sel suria berasaskan silikon pertama. Ia dicipta oleh saintis dan jurutera syarikat Amerika Bell Laboratories pada tahun 1956. Sel suria ialah gabungan modul fotovoltaik yang disambungkan secara elektrik antara satu sama lain. Gabungan dipilih bergantung pada parameter elektrik yang diperlukan seperti arus dan voltan. Satu sel bateri solar sedemikian, menghasilkan kurang daripada 1 watt elektrik, berharga $250. Elektrik yang dihasilkan adalah 100 kali lebih mahal daripada dari grid konvensional.

Selama hampir 20 tahun, panel solar hanya digunakan untuk ruang angkasa. Pada tahun 1977, kos elektrik telah dikurangkan kepada $76 setiap sel watt. Kecekapan meningkat secara beransur-ansur: 15% pada pertengahan 1990-an dan 20% menjelang 2000. Data terkini yang paling relevan mengenai topik ini —Kecekapan sel suria dan modul

Pengeluaran sel suria silikon boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga peringkat utama:

• pengeluaran silikon ketulenan tinggi;

• membuat pencuci silikon nipis;

• pemasangan fotosel.

Bahan mentah utama untuk penghasilan silikon ketulenan tinggi ialah pasir kuarza (SiO2)2). Leburan diperoleh melalui elektrolisis silikon metalurgiyang mempunyai ketulenan sehingga 98%. Proses pemulihan silikon berlaku apabila pasir berinteraksi dengan karbon pada suhu tinggi 1800°C:

Tahap ketulenan ini tidak mencukupi untuk penghasilan fotosel, jadi ia mesti diproses selanjutnya. Pembersihan silikon selanjutnya untuk industri semikonduktor dijalankan secara praktikal di seluruh dunia menggunakan teknologi yang dibangunkan oleh Siemens.

«Proses Siemens» ialah penulenan silikon melalui tindak balas silikon metalurgi dengan asid hidroklorik, menghasilkan trichlorosilane (SiHCl3):

Trichlorosilane (SiHCl3) berada dalam fasa cecair, jadi ia mudah dipisahkan daripada hidrogen. Di samping itu, penyulingan berulang trichlorosilane meningkatkan ketulenannya kepada 10-10%.

Proses seterusnya - pirolisis trichlorosilane yang telah dimurnikan - digunakan untuk menghasilkan silikon polihabluran ketulenan tinggi. Silikon polihabluran yang terhasil tidak memenuhi sepenuhnya syarat untuk digunakan dalam industri semikonduktor, tetapi untuk industri fotovoltaik suria, kualiti bahan adalah mencukupi.

Silikon polihablur ialah bahan mentah untuk penghasilan silikon monohablur. Dua kaedah digunakan untuk penghasilan silikon monohabluran — kaedah Czochralski dan kaedah lebur zon.

Kaedah Czochralski adalah intensif tenaga dan juga intensif bahan. Sebilangan kecil silikon polihabluran dicaj ke dalam mangkuk pijar dan cair di bawah vakum.Biji kecil monosilikon jatuh pada permukaan cair dan kemudian, berpusing, naik, menarik jongkong silinder di belakangnya, disebabkan oleh daya tegangan permukaan.

Pada masa ini, diameter jongkong yang dilukis adalah sehingga 300 mm. Panjang jongkong dengan diameter 100-150 mm mencapai 75-100 cm.Struktur kristal jongkong memanjang mengulangi struktur monokristalin benih. Menambah diameter dan panjang jongkong, serta menambah baik teknologi pemotongannya, akan mengurangkan jumlah sisa, sekali gus mengurangkan kos fotosel yang terhasil.

Teknologi tali pinggang. Proses teknologi yang dibangunkan oleh Mobil Solar Energy Corporation adalah berdasarkan penarikan jalur silikon daripada cair dan membentuk sel solar padanya. Matriks sebahagiannya direndam dalam leburan silikon dan, disebabkan oleh kesan kapilari, silikon polihablur naik, membentuk reben. Leburan itu menghablur dan dikeluarkan daripada matriks. Untuk meningkatkan produktiviti, peralatan direka bentuk, di mana ia boleh menerima sehingga sembilan tali pinggang pada masa yang sama. Hasilnya ialah prisma sembilan segi.

Kelebihan tali pinggang adalah kos rendah kerana fakta bahawa proses memotong jongkong dikecualikan. Di samping itu, sel fotovoltaik segi empat tepat boleh diperolehi dengan mudah, manakala bentuk bulat plat monohablur tidak menyumbang kepada penempatan sel fotovoltaik yang baik dalam modul fotovoltaik.

Batang silikon polihablur atau monohablur yang terhasil hendaklah dipotong menjadi wafer nipis setebal 0.2-0.4 mm. Apabila memotong batang silikon monohabluran, kira-kira 50% bahan hilang akibat kehilangan.Juga, mesin basuh bulat tidak selalu, tetapi selalunya, dipotong untuk membuat bentuk persegi.