Celle solari in silicio policristallino sono attualmente la tipologia di tecnologia fotovoltaica più utilizzata. Il suo materiale principale è il silicio policristallino e il processo di produzione del silicio policristallino è un anello importante nell'intera catena di produzione delle batterie. Di seguito verrà introdotto in dettaglio il processo di produzione dei lingotti di silicio policristallino, compresi i passaggi chiave come la selezione delle materie prime, la fusione, il raffreddamento e la formazione dei cristalli.
1. Selezione delle materie prime
Il primo passo nella produzione di lingotti di silicio policristallino è selezionare materie prime di silicio di elevata purezza. Di solito, il silicio industriale (Si) viene purificato per rimuovere le impurità e ottenere una purezza del 99,9999% (sei nove). Per ottenere una purezza così elevata, sono solitamente necessarie tecnologie di purificazione avanzate come la deposizione chimica in fase vapore (CVD). La selezione di materie prime in silicio di elevata purezza è la base per garantire le prestazioni delle successive celle in silicio policristallino, poiché le impurità influenzeranno l'efficienza di conversione fotoelettrica e la durata della cella.
2. Processo di fusione
Dopo aver ottenuto materie prime di silicio di elevata purezza, il passo successivo è la fusione. La fusione viene solitamente effettuata in un forno ad alta temperatura con una temperatura fino a 1400°C. Questo processo richiede un elevato consumo di energia, quindi la scelta di un forno elettrico efficiente è fondamentale. Durante il processo di fusione, la struttura cristallina del silicio si rompe e diventa silicio liquido. Il processo di fusione deve garantire una temperatura uniforme per evitare bolle o altri difetti.
3. Raffreddamento e solidificazione
Il silicio liquido fuso deve essere gradualmente raffreddato in modo che possa ricristallizzarsi per formare silicio policristallino. La velocità e la temperatura del raffreddamento sono fondamentali perché influiscono sulla struttura cristallina e sulla qualità del lingotto di silicio finale. Durante il processo di raffreddamento, il silicio liquido inizierà a solidificarsi per formare un lingotto preliminare di silicio policristallino. Questa fase viene solitamente eseguita in uno speciale dispositivo di raffreddamento per garantire un raffreddamento uniforme.
4. Formazione dei cristalli
Durante il processo di raffreddamento, gli atomi di silicio si riorganizzeranno per formare più cristalli invece di una struttura a cristallo singolo. Il processo di formazione dei lingotti di silicio policristallino prevede la semina e la crescita dei cristalli. Durante il processo di raffreddamento, in alcune aree si formeranno inizialmente piccole particelle cristalline, che continueranno a crescere man mano che la temperatura diminuisce, formando infine un lingotto completo di silicio policristallino. Una velocità e un tempo di raffreddamento ragionevoli possono ottimizzare le dimensioni e la distribuzione dei cristalli, migliorando così le prestazioni del silicio policristallino.
5. Taglio e lavorazione di lingotti di silicio
Dopo che il lingotto di silicio policristallino si è raffreddato a temperatura ambiente, deve essere tagliato a fette sottili per essere utilizzato nella produzione di celle solari. Questo processo utilizza solitamente una macchina per il taglio del filo ad alta precisione per garantire che lo spessore del wafer di silicio tagliato sia compreso tra 180 e 200 micron. È necessario operare con attenzione durante il processo di taglio per evitare sprechi di materiale e danni alla lamiera.
6. Controllo di qualità
Nel processo di produzione dei lingotti di silicio, il controllo qualità è fondamentale. Ciascuna fase di produzione sarà rigorosamente testata per garantire che la purezza, la struttura cristallina e le proprietà fisiche dei lingotti di silicio soddisfino gli standard. Di solito, vengono utilizzati l'analisi spettrale, l'osservazione microscopica e altri metodi per condurre un'ispezione completa del lingotto di silicio per garantire che possa mostrare buone prestazioni nella successiva produzione della batteria.
