Сочетание экономических трудностей, связанных с разведкой, добычей и транспортировкой углеводородов, а также, проблемы с экологией, вызванные сжиганием этих углеводородов, делают всё более актуальным вопрос получения энергии с помощью возобновляемых источников энергии. Не на последнем месте, по степени технического, технологического и научного обеспечения, находится солнечная энергетика.
Технологический процесс производства солнечных батарей состоит из целого ряда процессов, которые связаны с металлургией, химией, механообработкой и сборкой готовых изделий.
Последовательность производства солнечных батарей
{source}
<script async src=»//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js»></script>
<!— ЭнергоСток-производство-солнечной-батареи-ссылки-верх —>
<ins class=»adsbygoogle»
style=»display:block» data-ad-client=»ca-pub-5027301319016295″ data-ad-slot=»4697286366″ data-ad-format=»link»></ins>
<script>
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
{/source}
Производство технического кремния. Наиболее отработана технология восстановления кремния из сырья (окисла кремния) в расплаве в присутствии углерода. Для этого используется электродуговая печь непрерывного действия. Содержание примесей 2-4%. Расплав после розлива и охлаждения дробят на мельницах до размеров фракций по согласованию с заказчиком (1-5 см). Для последующей обработки требуется фракции размером 0,1-1 см. Затраты на этом этапе, в структуре стоимости конечного продукта, составляют более 50%, причем, на долю электроэнергии приходится около 40%.
Производство поликристаллического кремния состоит из нескольких процессов, которые связаны в одну технологическую цепочку:
- Перевод технического кремния в газообразное состояние. Наибольшее распространение получила технология получения газообразного соединения кремния с хлором в псевдокипящем слое. В результате реакции получают трихлорсилан (ТХС) — основной продукт, тетрахлорид кремния — не до конца прореагировавший кремний в виде пыли, которую направляют обратно в зону реакции. При температуре 265° С выход ТХС доходит до 95 %. На выход основного продукта оказывают большое влияние температурный режим, т.к. реакция экзотермическая (с выделением теплоты) и содержание влаги в техническом кремнии. К примеру, отклонение температурного режима от оптимального значения на ±20-25° С снижает выход ТХС на 30%. Существуют другие методики получения газообразного кремния (хлорирование или йодирование), но промышленного распространения они не получили.
- Очистка газовой смеси от примесей. Парогазовая смесь из зоны реактора подвергается быстрому охлаждению до 95° С, в результате чего низкокипящие газы содержащие примеси в виде комплексных солей конденсируются и удаляются. Дополнительная очистка происходит при прохождении газовой смеси сквозь слой алюминиевой стружки или механической смеси с серебром, медью или сурьмой. Технология очистки является коммерческой тайной производителя.
- Восстановление металлического кремния из газа. Для получения поликристаллического кремния в виде стержней используются многоместные колонны с затравочными стержнями (или пластинами), которые подвергаются нагреву в газовой среде из очищенного водорода. Для повышения качества осаждаемого кремния (поликристаллов) стенки реакторов изготавливают из специальных сталей и покрывают защитными пленками. Степень очистки 99,996%.
- На этом этапе технология полностью обоснована теоретически, поэтому основным направлением повышения производительности остаются автоматизация систем поддержания оптимальных температурных режимов и концентраций активных элементов в реакторной зоне, а также, качество подготовки исходных и оборотных материалов.
Получение монокристаллического кремния
{source}
<script async src=»//pagead2.googlesyndication.com/pagead/js/adsbygoogle.js»></script>
<!— ЭнергоСток-производство-солнечной-батареи-ссылки-середина —>
<ins class=»adsbygoogle» style=»display:block» data-ad-client=»ca-pub-5027301319016295″ data-ad-slot=»9127485963″ data-ad-format=»link»></ins>
<script>
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
</script>
{/source}
Практически 90% промышленного кремния получают по методу Чохральского, по которому происходит расплавление поликристаллов в индукционной печи в среде инертных газов (аргон) с разряжением в зоне плавления (140 Па) и последовательное формирование тела монокристалла. В расплав добавляют легирующие элементы (Р, В, As, Sb и др.) или их сплавы с кремнием для получения базовой n или p-проводимости. Процесс формирования полностью автоматизирован. Остальные 10% монокристаллов получают методом бестигельной зонной плавки (БЗП). Степень очистки — пять девяток. Каждый слиток имеет номерной сертификат.
Резка заготовки алмазными пилами на мерные диски. Механическая обработка слитков начинается с удаления затравочного и хвостового концов слитка, обточки наружного диаметра, выполнения технологических лысок (для последующей корректирующей ориентации по результатам кристаллографического исследования) и отрезки контрольного диска. С помощью контрольного диска, после соответствующей подготовки поверхности, определяется пространственная ориентация кристалла. Данные анализа (ортогональность решетки относительно плоскости реза) учитываются при дальнейшей разделке заготовки.
Формирование дополнительного n или p-слоя и контактных токопроводящих слоев с обеих сторон пластины. Для изготовления омических контактов к кремнию используются сплавы кремния с металлами — силициды (титан-вольфрамовый дисилицид, силицид алюминия и др.). Контактные зоны создаются методом химического осаждения силицидов из газовой фазы (CVD) или путем напыления (испарения). Прозрачные и полупрозрачные контакты из оксида индия и олова получают реактивным распылением механической смеси In-Sn мишени в кислородной атмосфере. Требуется специализированное оборудование для подготовки поверхности и распыления.
Сборка модуля
Сборка модуля происходит в помещении с системами климат-контроля и очистки воздуха. Конвейерная технология сборки обеспечивает отсутствие возможности возникновения масляно-жировых или иных загрязнений с момента очистки пластины до герметизации модуля.