Van silicium tot zonnepanelen: welk transformatieproces?

De fabricage van een fotovoltaisch paneel verloopt volgens meerdere stappen. De eerste stap is het ontwikkelen van silicium voor een zonnecel dat kan worden gebruikt om siliciumplaten te vormen. De volgende stappen zijn de vervaardiging van de cellen zelf, hun assemblage in modules en de samenstelling van een definitieve installatie met een ondersteunende structuur van verschillende elektrische en elektronische componenten. Vandaag zullen wij u uitleggen wat er precies gebeurt tijdens de eerste stadia van transformatie van silicium. Silicium is voor 90% de grondstof is van fotovoltaïsche panelen. Klaar voor een beetje scheikunde?

AFKOMST SILICIUM

Silicium komt van siliciumdioxide, dat overvloedig wordt aangetroffen in de natuur, in kwarts of in zand. De meest gebruikelijke methode is om het silicium uit het kwarts te extraheren om metallurgisch silicium te maken dat vervolgens wordt gezuiverd tot silicium van zonnekwaliteit. Deze laatste wordt vervolgens in blokken gegoten waaruit de siliciumplaten worden vervaardigd waarmee de cellen worden gemaakt.

RAFFINAGE VAN SILICIUM

Van siliciumdioxide tot metallurgisch silicium

Silicium wordt verkregen uit siliciumdioxide (Si02) dat in kwarts aanwezig is door carbothermische reductie dat wordt uitgevoerd in een vlamboogoven.

Het gaat er in feite om de zuurstof uit het siliciumoxide (SiO2) te extraheren door kwarts te verhitten met stoffen die koolstof bevatten, zoals steenkool. Deze koolstofsoorten zullen onder invloed van warmte worden gecombineerd met de zuurstof van kwarts om koolmonoxide (CO) en vervolgens koolstofdioxide (CO2) te vormen. De warmte die nodig is voor de reactie, wordt geleverd door de elektrische bogen gemaakt door elektroden in de bijzondere oven. Aan het einde van dit proces verkrijgen we metallurgisch silicium (MG Si) dat nog niet kan worden gebruikt voor het maken van zonnepanelen.

Zuivering van metallurgisch silicium

Het is noodzakelijk om het metallurgische silicium te zuiveren om een ​​silicium van zonnekwaliteit te verkrijgen dat bruikbaar is voor de vervaardiging van zonnecellen. Deze zuivering kan op verschillende manieren worden uitgevoerd, maar de chemische wijze is de meest voorkomende.

In principe wordt chloor gebruikt vanwege de sterke aantrekking van siliciumatomen en chloride-ionen (Cl-). Deze verbindingen worden vervolgens gezuiverd door destillatie en thermische ontleding.

KRISTALLISATIE EN VORMING VAN PLATEN

Het tijdens de vorige stap verkregen solaire of polykristallijne silicium wordt vervolgens gesmolten en opnieuw gestold in gietblokken. Siliciumplaten zullen worden uitgesneden uit deze gietblokken voor de vervaardiging van zonnecellen. Dopingproducten worden op dat moment ook toegevoegd (het dopingproces tijdens de kristallisatie), zodat elektrische stroom in de cellen mogelijk wordt.

In deze fase wordt dan ook het onderscheid gemaakt tussen monokristallijne en polykristallijne panelen.

Monokristallijn silicium bestaat uit een enkel kristal; er wordt warmgetrokken om een ​​cilindrische staaf te vormen van een monokristallijne stam (de CZ-methode).

Polykristallijn silicium is zelf een mozaïek van kristallen verkregen door het in een mal te gieten en door langzame afkoeling.