Polykristallijne silicium zonnecellen zijn momenteel de meest gebruikte vorm van fotovoltaïsche technologie. Het kernmateriaal is polykristallijn silicium en het productieproces van polykristallijn silicium is een belangrijke schakel in de gehele productieketen van batterijen. Hieronder wordt het productieproces van polykristallijne siliciumstaven in detail geïntroduceerd, inclusief belangrijke stappen zoals de selectie van grondstoffen, smelten, afkoelen en kristalvorming.
1. Selectie van grondstoffen
De eerste stap bij de productie van polykristallijne siliciumstaven is het selecteren van siliciumgrondstoffen met een hoge zuiverheidsgraad. Normaal gesproken wordt industrieel silicium (Si) gezuiverd om onzuiverheden te verwijderen om een zuiverheid van 99,9999% (zes negens) te bereiken. Om een dergelijke hoge zuiverheid te verkrijgen zijn doorgaans geavanceerde zuiveringstechnologieën zoals chemische dampdepositie (CVD) vereist. De selectie van siliciumgrondstoffen met een hoge zuiverheid is de basis voor het garanderen van de prestaties van daaropvolgende polykristallijne siliciumcellen, omdat onzuiverheden de foto-elektrische conversie-efficiëntie en de levensduur van de cel zullen beïnvloeden.
2. Smeltproces
Na het verkrijgen van zeer zuivere siliciumgrondstoffen is de volgende stap het smelten. Het smelten gebeurt doorgaans in een hogetemperatuuroven met een temperatuur tot 1400°C. Dit proces vereist een hoog energieverbruik, dus het kiezen van een efficiënte elektrische oven is van cruciaal belang. Tijdens het smeltproces wordt de kristalstructuur van silicium verbroken en wordt het vloeibaar silicium. Het smeltproces moet zorgen voor een uniforme temperatuur om luchtbellen of andere defecten te voorkomen.
3. Afkoeling en stolling
Het gesmolten vloeibare silicium moet geleidelijk worden afgekoeld, zodat het kan herkristalliseren om polykristallijn silicium te vormen. De snelheid en temperatuur van het afkoelen zijn van cruciaal belang omdat ze de kristalstructuur en kwaliteit van de uiteindelijke siliciumstaaf beïnvloeden. Tijdens het koelproces zal het vloeibare silicium beginnen te stollen en een voorbereidende polykristallijne siliciumstaaf vormen. Deze fase wordt meestal uitgevoerd in een speciaal koelapparaat om een uniforme koeling te garanderen.
4. Kristalvorming
Tijdens het koelproces zullen siliciumatomen zich herschikken om meerdere kristallen te vormen in plaats van een enkele kristalstructuur. Het vormingsproces van polykristallijne siliciumstaven omvat het zaaien en groeien van kristallen. Tijdens het koelproces zullen zich in sommige gebieden eerst kleine kristaldeeltjes vormen, en deze deeltjes zullen blijven groeien naarmate de temperatuur daalt, en uiteindelijk een volledig polykristallijne siliciumstaaf vormen. Een redelijke afkoelsnelheid en -tijd kunnen de grootte en verdeling van kristallen optimaliseren, waardoor de prestaties van polykristallijn silicium worden verbeterd.
5. Snijden en verwerken van siliciumstaven
Nadat de polykristallijne siliciumstaaf is afgekoeld tot kamertemperatuur, moet deze in dunne plakjes worden gesneden voor gebruik bij de vervaardiging van zonnecellen. Bij dit proces wordt meestal gebruik gemaakt van een zeer nauwkeurige draadsnijmachine om ervoor te zorgen dat de dikte van de gesneden siliciumwafel tussen 180 en 200 micron ligt. Tijdens het snijproces is een zorgvuldige bediening vereist om materiaalverspilling en schade aan de plaat te voorkomen.
6. Kwaliteitsinspectie
In het productieproces van siliciumstaven is kwaliteitscontrole cruciaal. Elke productieschakel wordt streng getest om ervoor te zorgen dat de zuiverheid, kristalstructuur en fysieke eigenschappen van de siliciumstaven aan de normen voldoen. Meestal worden spectrale analyse, microscopische observatie en andere methoden gebruikt om een uitgebreide inspectie van de siliciumstaaf uit te voeren om ervoor te zorgen dat deze goede prestaties kan laten zien bij de daaropvolgende productie van batterijen.
