Monokristallijne panelen

Czochralski proces

Ookal bestaat het Czochralski proces al sinds 1916, het wordt tot op heden nog steeds gebruikt om monokristallijne staven te fabriceren. Er wordt Germanium, Silicium of Gallium Arsenide gesmolten in een mal to zo een 1425 °C. Deze mal is vaak gemaakt uit kwarts en wordt gevuld

met Argon. Deze twee materialen zijn namelijk inert tegenover het Czochzalski proces. Er kan dan gekozen worden voor welk doeleinde de kristalstaaf zal gebruikt worden: Puur, P-type of N-type. Een pure Siliciumstaaf zal gebruikt worden om processoren en andere elektronische componenten te fabriceren. De P-type of N-type staven worden gebruikt om transistoren en halfgeleiderplaten te fabriceren.

Er wordt vervolgens een kleinere staaf van het te bekomen materiaal in het gesmolten materiaal gebracht. Deze staaf wordt dan, gecontroleerd door temperatuur en draaisnelheid, langzaam naar boven gebracht. Hoe trager men de staaf naar boven brengt, hoe groter de diameter van de monokristallijne staaf zal zijn. Tijdens het afkoelen worden de staven voorzichtig gepolariseerd zodat alle kristallen dezelfde richting aannemen. Deze polarisatie zorgt ervoor dat deze staven de hoogste efficiëntie bereiken bij het photovoltaïsch effect.

Momenteel worden er onder fabrikanten twee verschillende diameters gehanteerd: 200 mm en 300 mm. De staven kunnen een lengte bereiken van twee meter waarna ze voorzichtig in plakjes gesneden worden met een dikte tussen de 0,2 mm en 0,75 mm afhankelijk van hun doeleinde. Vooraleer de plakjes gesneden worden, worden eerst de vier hoeken verwijderd. Het photovoltaïsch effect dat bereikt wordt in de vier hoeken weegt namelijk niet op tegen het materiaal dat ervoor gebruikt wordt. Dit geeft monokristallijne panelen ook hun typisch esthetisch karakter mee dat ze makkelijk te herkennen maakt.

 

Poly- of multikristallijne panelen

Siemens proces

De techniek die het meest gebruikt wordt om polykristallijn silicium te maken is het siemens proces. Bij dit proces worden er ook kleinere silicium staven gebruikt om een basis te vormen tijdens het proces. De kleinere silicium staven worden in een gesloten gekoelde kamer gebracht waarna ze een polarisatie meekrijgen. Vervolgens wordt er triChloorSilaan met een temperatuur van 1150 °C in de kamer gespoten over de silicium staven. De staven reageren zodanig met het triChloorSilaan dat er Siliciumkristallen op het oppervlak van de staven ontstaat. Tijdens het ontstaan van de polykristallen is er geen controle over het polariseren van de kristallen. Dit betekend dat alle kristallen een willekeurige richting aannemen. Hierdoor daalt het rendement van polykristallijne cellen.

Fluidized Bed Reactor proces

Er bestaat ook een alternatief voor het maken van polykristallen. De markt van zonnepanelen was zo sterk aan het stijgen dat men nood had aan een sneller alternatief dan het Siemens proces. Na het voltooien van het Siemens proces moet het proces namelijk helemaal opnieuw opgestart worden. De kamer moet gekoeld worden en er moeten nieuwe staven aangebracht worden. Het FBR proces geeft iets minder pure polykristallen maar de productiekost ligt een stuk lager en de productiesnelheid een stuk hoger. Het FBR proces is vergelijkbaar met het proces dat een hoogoven doorgaat. Er worden namelijk vanaf boven kleinere stukken Silicium aangebracht en er wordt Silaan langs onder ingespoten. Het silaan zal dan reageren met de kleinere stukken Silicium wat op zijn beurt polykristallen zal vormen op het oppervlak van de Silicium stukken. Als dit proces blijft herhaald worden zullen de kleinere Silicium stukken uiteindelijk zwaar genoeg worden om naar de bodem van het vat te zinken en daar weggehaald te worden. Het FBR proces kan dus voortdurend ononderbroken draaien.

Verwerking

De polykristallijne staven uit het Siemens proces worden uiteindelijk ook in plakjes gesneden zoals de monokristallijne staven. Alleen worden ze niet ontnomen van hun hoeken. Door hun korrelige structuur is dit namelijk niet nodig. De Silicium stukken die uit het FBR proces komen worden gegoten in vierkante mallen en vervolgens verwerkt tot vierkante plakjes. Door de granige structuur van de polykristallen zijn deze panelen ook esthetisch zeer gemakkelijk te herkennen.

 

Thin-film panelen

Thin-film panelen worden op een geheel andere manier geproduceerd dan mono- of polykristallijne panelen. In tegenstelling tot het zagen van plakjes wordt er nu een coating aangebracht van Silicium op een plakje van metaal, glas of zelfs plastiek. In tegenstelling tot de dikte van de plakjes van mono- of polykristallijne panelen (0,2 mm – 0,75 mm) kan de coating, afhankelijk van de combinatie van chemicaliën, een dikte van slechts 1 µm hebben. Door de uiterst kleine dikte van de coating zijn thin-film panelen uiterst flexibel en licht.

Doch door het laag Silicium gehalte en de amorfe structuur van de coating (slechts 1% de hoeveelheid van een monokristallijn paneel) renderen de panelen uiterst laag. Om dit probleem gedeeltelijk op te lossen zal men vaak meerdere lagen van thin-film plakjes boven elkaar leggen. Zo wordt de opbrengst per oppervlakte verbeterd. Door hun flexibiliteit en stapelbaarheid zijn ze uiterst geschikt voor toepassingen zoals rekenmachines of andere kleine toestellen.

Om deze techniek bruikbaar te maken voor zonnepanelen plaatst men de plakjes tussen twee glasplaten. Aangezien mono- en polykristallijne panelen slechts één glasplaat hanteren zijn de thin-film panelen, desondanks hun lichtgewicht cellen, vaak tot tweemaal zo zwaar.

De verschillende coatings die gebruikt worden zijn:

  • Amorf Silicium;
  • Cadmium Telluride;
  • Koper Indium (Gallium) Selenide.

Verschil in kristaluitlijning tussen de types panelen