Jak powstają ogniwa fotowoltaiczne?
Do produkcji paneli fotowoltaicznych wykorzystywane są ogniwa fotowoltaiczne, które są wykonane z krzemowych płytek krystalicznych. Płytki krzemowe mogą być polikrystaliczne lub monokrystaliczne i są wytwarzane przy użyciu kilku różnych metod produkcji. Obecnie, najbardziej wydajnym typem ogniw są ogniwa monokrystaliczne, które są wytwarzane przy użyciu procesu Czochralskiego. Proces Czochralskiego jest szeroko stosowany do produkcji monokrystalicznych ogniw fotowoltaicznych, w szczególności ogniw krzemowych. Metoda ta umożliwia uzyskanie monokryształów o wysokiej czystości i jednorodnej strukturze, co przekłada się na lepszą wydajność i jakość ogniw fotowoltaicznych.
Produkcja ogniw
Produkcja ogniw słonecznych na bazie krzemu wymaga szeregu procesów, począwszy od surowca zwanego kwarcytem, który jest formą piaskowca kwarcowego.
Produkcja ogniw monokrystalicznych składa się z następujących etapów:
- W specjalnym tyglu rozpuszcza się kryształy krzemu. Po stopieniu uzyskuje się masę do produkcji jednolitego kryształu o dużej masie.
- Do płynnej masy wprowadza się niewielki monokryształ, tak zwany zarodek. Pełni on rolę punktu startowego dla wzrostu monokryształu.
- Wokół zarodka narasta uporządkowana struktura kwarcu – kryształ.
- Proces wzrostu kryształu polega na powolny wyciąganiu zarodka z ciekłej masy przy jednoczesnym obracaniu go, co powoduje stopniowe osadzanie się atomów cieczy wokół zarodka – tworząc monokrystaliczny kształt.
- Tak przygotowany rdzeń docinany jest w formę bloku o zaokrąglonych rogach. To etap przygotowania go do dalszej obróbki.
- Za pomocą stalowej nici lub lasera blok cięty jest w równe plastry. Każdy plaster ma grubość od około 0,1 do 0,3 mm.
- W taki sposób powstają płytki o ładunku p. Aby stworzyć działający moduł, część płytek poddaje się dodatkowej obróbce. Wzbogaca się je o pierwiastki, które łatwo gubią elektrony, np. fosfor, co pozwala na uzyskanie płytek o ładunku n.
Jak wielkość ogniw monokrystalicznych wpływa na wydajność oraz koszty?
Większe ogniwa monokrystaliczne mogą mieć potencjał do generowania większej ilości energii elektrycznej. Im większe są pojedyncze ogniwa, tym większy jest procentowy udział powierzchni pracującej w całym panelu. Większa powierzchnia ogniw pozwala na większe zbieranie światła słonecznego i przekształcanie go w energię elektryczną.
Wielkość wpływa jednak na cenę, ponieważ koszt produkcji ogniw jest proporcjonalny do średnicy ogniwa. Z punktu widzenia praktycznego wielkość ogniwa nie ma jednak dużego znaczenia, ponieważ istotne dla instalacji parametry wyznacza wielkość i moc całego układu ogniw, czyli panelu słonecznego.
