Az alábbi tartalom archív, 7 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Mind a monokristályos, mind a polikristályos napelemcellák alkotóeleme a szilícium, amit nagy tisztaságú homokból (szilícium-dioxid) nyerünk. A félvezetőgyártáshoz kibányászott homokot több mint 100 lépcsős gyártási folyamaton dolgozzák fel, mire alkalmas lesz napelemcellák előállítására.
Az egyik fő feladat a szilícium-dioxidból eltávolítani az oxigént, amit olvasztókemencékben szén hozzáadásával érnek el nagy hőmérsékleten (2000 °C). A szén megköti az oxigént, és CO2 (szén-dioxid) jön létre, mint melléktermék. Az így kapott szilícium 99%-os tisztaságú, amit további lépésekben kell tisztítani, hogy eltávolítsák a maradék kálciumot, alumíniumot, bórt, vasat vagy éppen a foszfort. Minden egyes folyamat nagy energiaigényű, mivel 300 és 1100 °C közötti hőmérséklet szükséges az egyes kémiai reakciók lefolyásához.
A napelemcella-gyártáshoz minimum 6 N, azaz 99,999999% tisztaságú szilícium szükséges. A 6-9 N közötti tisztaságú szilíciumot napelemgyártáshoz, míg a 9 és 11 N (99,99999999999%) közötti tisztaságú szilíciumot a mikrochipgyártáshoz használják fel. Az így kapott olvadékot ezt követően ledarálják, majd újra megolvasztják, és a napelemcellákhoz szükséges nagy tisztaságú, megfelelő kristályszerkezetű tömböket alakítanak ki. A tömbösítéshez (angolul: ingot casting) használt legrégebbi módszer a Czochralski-eljárás, amit az azonos nevű lengyel kémikus talált fel 1916-ban.
A Czochralski-eljárás folyamatábrája, monokristályos szilíciumtömb előállítása.
Ennek a tömbösítési módszernek a lényege, hogy a szilíciumot megolvasztják 1400 °C-on egy hengerben, ahol argongázzal vegyítik, hogy a szén fűtőszálak okozta szennyeződéseket megkössék (CO – szénmonoxid, ami a szén fűtőszálakból szabadul fel, illetve H2 – dihidrogén, ami a folyamat kezdetén a hengerben lévő nedvesség és a szén között létrejövő kémiai folyamat hatására jön létre). A hengerben lévő olvadt szilíciumba egy már megszilárdult szilícium kristályt lógatnak be, amire a szilíciumolvadékból kicsapódik, kikristályosodik az anyag. Miután a szilíciumkristályokat egy hengerben húzzák, növesztik, így egy henger alakú szilícium tömböt kapunk eredményül, aminek az átmérője 156 mm. Ha a szilícium hengerünket merőlegesen felfűrészeljük, akkor egy-egy szelet egységes kristályszerkezetű lesz, nem lesznek benne töréspontok, és ezt nevezzük monokristályos szilíciumnak.
Monokristályos, növesztett szilíciumtömbök
Az így kapott szilíciumhengereket gyémántszemcsés huzalosvágó berendezésekkel szögletesítik, és szeletelik fel 160 és 210 mikron vastagságú lapkákká (wafer).
A tömbösítéshez használt másik eljárás a Siemens-eljárás, amely kisebb energiaigényű, mivel egy nagyobb kád formájú kemencében, több pontról kiindulva egyszerre növesztik a szilíciumkristályokat: alacsonyabb hőfokon, mindössze 1100 °C-on és nagyobb méretben történik a tömbösítése a szilíciumnak. A nagy tömböket ezután kisebb hasábokra szeletelik fel (156x156 mm, 6” átmérőjű), viszont a vágási vonalak nem esnek egybe a kristályok széleivel, és az így kapott szilíciumlapkákon belül akár több szilíciumkristály „darabjai" is megtalálhatók. Ebből készülnek a polikristályos napelemcellák. A feldolgozatlan polikristályos lapkákon jól kivehetők még az egyes kristályok közötti határvonalak.
A polikristályos Siemens-eljárás előnye, hogy kevesebb energia szükséges hozzá, ezáltal olcsóbbak az így előállított szilíciumtömbök, mint a monokristályos tömbök, és ez az árelőny végigkövethető egészen a kész napelemekig.
Polikristályos vs. monokristályos
A polikristályos lapkákat 6-8 évvel ezelőttig gyengébb minőségűnek ítélték meg, mivel a Siemens-eljárással nehezebben lehetett a gyártás során a szennyező anyagokat megkötni és a szilíciumkristályok között gyengébb volt a kölcsönhatás, könnyebben kialakulhattak repedések (micro-cracks) a kültéri használat során fellépő jelentős hőingadozások miatt, és ezáltal a napelemcellák egyes darabjai leváltak, kiestek az energiatermelésből.
Napjainkra sikerült továbbfejleszteni olyan szintre ezt a tömbösítési eljárást is, hogy a monokristályos eljárással közel azonos minőségű wafer-eket lehet előállítani, bár még így is megvannak a polikristályos lapkák hátrányai, ami a polikristályos napelemcellák maximális teljesítményét befolyásolja. Ezért van az, hogy a polikistályos napelemcellák a látszólag nagyobb felületük ellenére (teljes négyzetes – full square) kisebb teljesítményre képesek, mint a monokristályos napelemcellák, amelyek kisebb felületük ellenére is több energiát tudnak hasznosítani a napfényből.
A forró égövben a monokristályos modulok kicsit jobban teljesítenek, míg északon a polikristályos teljesít jobban, illetve általában minimálisan nagyobb a hatásfoka a monocelláknak.
(Forrás: Villanyszerelők Lapja)
A VGF&HKL egy havi megjelenésű épületgépészeti szaklap, amely nyomtatott formában évente 10 alkalommal jelenik meg. A lap cikkei a fűtéstechnika, gázellátás, vízkezelés területei mellett a hűtés-, klíma- és légtechnika témaköreit tárgyalja. A VGF elsődlegesen az épületgépészeti kivitelezéssel foglalkozó szakembernek szól, de haszonnal olvashatják üzemeltetők, társasházkezelők, beruházók, ingatlantulajdonosok és mindenki, aki érdeklődik a terület újdonságai, problémái és megoldásai iránt.
A VGF&HKL előfizetési díja egy évre 9990 Ft, amelyért 10 lapszámot küldünk postai úton. Emellett az előfizetőink pdf-ben is letölthetik a legfrissebb lapszámokat, illetve korlátlanul hozzáférhetnek a korábbi számok tartalmához is, így 22 évnyi tudásanyagot vehetnek bírtokba.
