Krzem w fotowoltaice

Krzem jest pierwiastkiem, którego udział w skorupie ziemskiej stanowi ok. 26%. Jest to główny czynnik decydujący o tym, że ponad 90 % wszystkich produkowanych modułów fotowoltaicznych na świecie wykonana jest z jego udziałem (amorficzne, polikrystaliczne oraz monokrystaliczne). Innym czynnikiem decydującym o tak dużym rozpowszechnieniu krzemu w produkcji modułów fotowoltaicznych jest dojrzałość technologii produkcji, która dzięki efektowi skali pozwala na obniżenie kosztów produkcji.

Krzem w fotowoltaice

Krzem jest pierwiastkiem o liczbie atomowej 14 i posiada własności półprzewodnikowe. W przypadku fotowoltaiki krzem domieszkowany jest Borem (B) oraz Fosforem (P) w celu poprawy własności półprzewodnikowych. Płytka krzemowa w fotowoltaice stanowi odpowiednik diody półprzewodnikowej stosowanej w elektronice (właściwości fotodiody, dla której wzrost prądu następuje wraz ze wzrostem natężenia światła padającego na płytkę krzemową).

Krzem wykorzystywany jest zarówno w produkcji elektroniki (stosuje się krzem o czystości min. 9N), jak również w fotowoltaice (czystość 6 – 8 N). Czystość krzemu ma zasadniczy wpływ na osiągane moce modułów fotowoltaicznych, a dodatkowo w dużej mierze determinuje żywotność modułów fotowoltaicznych.

Podczas produkcji bloków krzemowych mono i polikrystalicznych wykorzystuje się procesy metalurgiczne, które są najbardziej energochłonnymi w całym procesie technologicznym produkcji modułów fotowoltaicznych.

Krzem w fotowoltaice

W czasie całego procesu produkcji modułów fotowoltaicznych musimy dostarczyć energię, która odpowiada ok. 20 % energii możliwej do uzyskania podczas późniejszej pracy instalacji fotowoltaicznej.Jest to możliwe dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu, który sprawia, że aktualnie powszechnie stosowane grubości płytek krzemowych wynoszą 0,18 – 0,2 mm – płytki krystaliczne. Warstwy amorficzne posiadają jeszcze mniejszą grubość (1 – 5 mikrometrów) i tym samym koszt energii i krzemu niezbędny do ich wytworzenia jest dużo niższy niż w technologii krystalicznej.

Wartym podkreślenia jest fakt, że przy produkcji ingotów monokrystalicznych najczęściej wykorzystuje się technologię opracowaną na początku 20 wieku przez polskiego uczonego Jana Czochralskiego. Polega ona na stopieniu krzemu w pojemniku, z którego następnie wyciągany jest monokryształ Si w postaci okrągłego walca. Przy produkcji polikryształów Si również pierwszym etapem jest stopienie krzemu, który następnie krzepnie z kontrolowaną szybkością tworząc bloki krzemowe polikrystaliczne (zwane ingotami).

Z tak powstałych ingotów poprzez cięcie najczęściej drutem powstają cienkie płytki krzemowe zwane waflami (ang. Wafer). Następnie następuje domieszkowanie górnej i dolnej warstwy wafera odpowiednio borem i fosforem oraz nanoszenie na górnej warstwie ścieżek przewodzących prąd elektryczny (stop srebra).

Krzem krystaliczny ma kolor stalowy, jednakże płytki krzemowe stosowane w fotowoltaice posiadają barwę niebieska, którą uzyskuje się w wyniku azotowania (azotowanie podnosi skuteczność pochłaniania promieniowania słonecznego i tym samym wydajność płytki krzemowej).

Drugim bardzo ważnym pierwiastkiem wykorzystywanym podczas produkcji płytek krzemowych jest srebro, które występuje w stopach cynowo-ołowiowych w formie ścieżek przewodzących prąd elektryczny (wytworzony w płytce krzemowej).
Pojedyncza płytka krzemowa jest w stanie wygenerować prąd elektryczny rzędu 8 [A] – oczywiście przy odpowiednich warunkach nasłonecznienia.

Podstawową zasadą fizyki wykorzystywaną w fotowoltaice jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne – bazujące na teorii kwantów opracowanej przez Alberta Einsteina.

Krzem w fotowoltaice

This entry was posted in Fotowoltaika, krzem and tagged , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Comments are closed.