Из чего делают кремний для солнечных батарей?
Кремний – это один из самых распространенных элементов на Земле. Он используется в различных отраслях промышленности, в т.ч. и в производстве солнечных батарей.
Кварцевый песок
Кварцевый песок, также известный как диоксид кремния (SiO2), является основным сырьем для производства кремния. Он широко распространен в природе и встречается в виде песчаных дюн, песчаников и других геологических образований. Кварцевый песок обладает высокой чистотой и легко доступен, что делает его идеальным исходным материалом для получения кремния.
Процесс получения кремния из кварцевого песка начинается с его очистки. Песок промывают и очищают от примесей, таких как глина, железо и органические вещества. Затем очищенный песок смешивают с углеродом (обычно в виде кокса) и нагревают в печи при температуре около 1800°C. В результате этой реакции образуется элементарный кремний и оксид углерода (CO).
Полученный кремний, называемый металлургическим кремнием, имеет низкую чистоту (около 98%) и не подходит для использования в солнечных батареях. Для получения высокочистого кремния, необходимого для солнечных батарей, требуется дальнейшая обработка.
Получение поликристаллического кремния
Поликристаллический кремний – это материал, состоящий из множества мелких кристаллов кремния, ориентированных в разных направлениях. Он обладает более низкой стоимостью производства по сравнению с монокристаллическим кремнием, но его эффективность несколько ниже.
Получение поликристаллического кремния осуществляется методом направленной кристаллизации. Металлургический кремний, полученный из кварцевого песка, подвергается очистке до уровня чистоты 99,9999%. Затем он плавится в специальных печах, а затем медленно охлаждается. При охлаждении кремний кристаллизуется, образуя множество мелких кристаллов.
Поликристаллический кремний широко используется в производстве солнечных батарей среднего и низкого класса. Он обладает хорошим соотношением цены и качества, что делает его привлекательным для массового производства солнечных панелей.
Важно отметить, что поликристаллический кремний не является единственным типом кремния, используемого в солнечных батареях. Существует также монокристаллический кремний, который обладает более высокой эффективностью, но и более высокой стоимостью.
Монокристаллический кремний
Монокристаллический кремний – это материал, состоящий из единого кристалла кремния, имеющего одинаковую кристаллическую структуру по всему объему. Это обеспечивает ему более высокую эффективность по сравнению с поликристаллическим кремнием, но и более высокую стоимость производства.
Получение монокристаллического кремния осуществляется методом Чохральского. Расплавленный кремний заливается в тигель, после чего в него опускается затравка – небольшой кристалл кремния с определенной кристаллической ориентацией. Затравка медленно вытягивается из расплава, и на ней нарастает монокристалл кремния, повторяющий ее кристаллическую структуру.
Монокристаллический кремний обладает более высокой эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую, чем поликристаллический кремний. Это обусловлено более однородной кристаллической структурой, которая позволяет электронам свободно перемещаться по материалу.
Монокристаллический кремний используется в производстве высококачественных солнечных батарей, которые устанавливаются на крышах домов, в солнечных электростанциях и других приложениях, где важна высокая эффективность.
Несмотря на более высокую стоимость, монокристаллический кремний становится все более популярным, так как его эффективность позволяет снизить затраты на установку и эксплуатацию солнечных электростанций.
Производство кремниевых пластин
Полученные монокристаллические или поликристаллические кремниевые слитки подвергаются дальнейшей обработке для получения кремниевых пластин, которые являются основой для производства солнечных батарей.
Процесс производства кремниевых пластин включает в себя следующие этапы⁚
- Разрезание слитка⁚ Слиток кремния разрезается на тонкие пластины, толщина которых обычно составляет от 150 до 200 микрометров.
- Полировка⁚ Поверхность пластин полируется для удаления неровностей и создания гладкой поверхности, необходимой для нанесения на нее фотоактивных элементов солнечной батареи.
- Текстурирование⁚ На поверхности пластин создается текстура, которая увеличивает площадь поверхности, поглощающую солнечный свет.
- Чистка⁚ Пластины очищаются от загрязнений, чтобы обеспечить их чистоту и предотвратить снижение эффективности солнечной батареи.
- Контроль качества⁚ Пластины проходят строгий контроль качества, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям для производства солнечных батарей.
Производство кремниевых пластин – это сложный и высокотехнологичный процесс, требующий использования специализированного оборудования и квалифицированного персонала.
Качество кремниевых пластин играет решающую роль в эффективности солнечной батареи. Поэтому производители солнечных батарей используют только высококачественные пластины, которые гарантируют надежность и долговечность их продукции.