Wie erfolgt die Herstellung von Siliziumbarren für polykristalline Solarzellen?

Solarzellen aus polykristallinem Silizium sind derzeit die am weitesten verbreitete Art der Photovoltaik-Technologie. Sein Kernmaterial ist polykristallines Silizium, und der Produktionsprozess von polykristallinem Silizium ist ein wichtiges Glied in der gesamten Batterieherstellungskette. Im Folgenden wird der Produktionsprozess von polykristallinen Siliziumbarren im Detail vorgestellt, einschließlich wichtiger Schritte wie Rohstoffauswahl, Schmelzen, Abkühlen und Kristallbildung.

1. Auswahl der Rohstoffe
Der erste Schritt bei der Herstellung polykristalliner Siliziumbarren ist die Auswahl hochreiner Siliziumrohstoffe. Normalerweise wird industrielles Silizium (Si) gereinigt, um Verunreinigungen zu entfernen und eine Reinheit von 99,9999 % (sechs Neunen) zu erreichen. Um eine solch hohe Reinheit zu erreichen, sind in der Regel fortschrittliche Reinigungstechnologien wie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erforderlich. Die Auswahl hochreiner Siliziumrohstoffe ist die Grundlage für die Sicherstellung der Leistung nachfolgender polykristalliner Siliziumzellen, da Verunreinigungen die photoelektrische Umwandlungseffizienz und die Lebensdauer der Zelle beeinträchtigen.

2. Schmelzvorgang
Nach der Gewinnung hochreiner Siliziumrohstoffe erfolgt im nächsten Schritt das Schmelzen. Das Schmelzen erfolgt üblicherweise in einem Hochtemperaturofen mit einer Temperatur von bis zu 1400 °C. Dieser Prozess erfordert einen hohen Energieverbrauch, daher ist die Wahl eines effizienten Elektroofens von entscheidender Bedeutung. Beim Schmelzvorgang wird die Kristallstruktur des Siliziums aufgebrochen und es entsteht flüssiges Silizium. Der Schmelzprozess muss eine gleichmäßige Temperatur gewährleisten, um Blasen oder andere Defekte zu vermeiden.

3. Abkühlung und Erstarrung
Das geschmolzene flüssige Silizium muss allmählich abgekühlt werden, damit es zu polykristallinem Silizium rekristallisieren kann. Geschwindigkeit und Temperatur der Abkühlung sind entscheidend, da sie die Kristallstruktur und Qualität des endgültigen Siliziumbarrens beeinflussen. Während des Abkühlvorgangs beginnt das flüssige Silizium zu erstarren und bildet einen vorläufigen polykristallinen Siliziumblock. Dieser Schritt wird üblicherweise in einem speziellen Kühlgerät durchgeführt, um eine gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten.

4. Kristallbildung
Während des Abkühlvorgangs ordnen sich die Siliziumatome neu an und bilden mehrere Kristalle statt einer einzigen Kristallstruktur. Der Bildungsprozess polykristalliner Siliziumbarren umfasst die Keimung und das Wachstum von Kristallen. Während des Abkühlvorgangs bilden sich zunächst an einigen Stellen kleine Kristallpartikel, die mit sinkender Temperatur weiter wachsen und schließlich einen vollständigen polykristallinen Siliziumblock bilden. Eine angemessene Abkühlrate und -zeit kann die Größe und Verteilung der Kristalle optimieren und dadurch die Leistung von polykristallinem Silizium verbessern.

5. Schneiden und Bearbeiten von Siliziumbarren
Nachdem der polykristalline Siliziumblock auf Raumtemperatur abgekühlt ist, muss er für die Verwendung bei der Herstellung von Solarzellen in dünne Scheiben geschnitten werden. Bei diesem Verfahren wird üblicherweise eine hochpräzise Drahtschneidemaschine eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Dicke des geschnittenen Siliziumwafers zwischen 180 und 200 Mikrometern liegt. Während des Schneidvorgangs ist sorgfältiges Vorgehen erforderlich, um Materialverschwendung und Beschädigungen des Blechs zu vermeiden.

6. Qualitätsprüfung
Im Produktionsprozess von Siliziumbarren ist die Qualitätskontrolle von entscheidender Bedeutung. Jede Produktionsverbindung wird streng geprüft, um sicherzustellen, dass die Reinheit, Kristallstruktur und physikalischen Eigenschaften der Siliziumbarren den Standards entsprechen. Normalerweise werden Spektralanalyse, mikroskopische Beobachtung und andere Methoden verwendet, um eine umfassende Inspektion des Siliziumbarrens durchzuführen, um sicherzustellen, dass er bei der anschließenden Batterieherstellung eine gute Leistung zeigen kann.