Post on 22-Feb-2019
MEMC Electronic Materials SpA - Merano
Produzione di silicio per ilfotovoltaico: presente e futuro
Maria Porrini
Crystal Technology
Merano
MEMC CONFIDENTIALTITLE | DATE | P. 2
Ingot Wafers Semiconductors Electronics
Semiconductor/Electronics Food Chain
Solar Food Chain
Polysilicon
Ingot Wafers Cells ModulesPolysilicon
MEMC
MEMC
$16 Billion $40 Billion$10 Billion
$12 Billion
~10% CAGR
~40% CAGR
La Società MEMC
MEMC è un leader globale nella produzione e vendita di fette disilicio per i mercati delle applicazioni elettroniche e fotovoltaiche
$250 Billion >$1 Trillion
MEMC Financial Summary
- 3 -- 3 -
St. Peters, Missouri Merano, Italy
Chonan, South Korea
Utsunomiya, Japan
Hsinchu, Taiwan
Kuala Lumpur, Malaysia
Sherman, Texas
Pasadena, Texas
- 3 -
Siti produttivi e uffici vendita
Novara, Italy
Ipoh, Malaysia
Policristallo
Fette
Confidential | January 2010 | P. 3
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Sharp Suntech Conergy
Kyocera QCells RWE Schott
Sanyo Motech Isofoton
GE Mitsubishi Gintech
REC Evergreen JA Solar
Clienti di Riferimento
Commercial:
Residential:
Industrial:Solar farms
Rooftop
RooftopConsumer:
Lighting
Calculators
Supplemental power
Segmenti di mercato
Source: Photon Consulting
La filiera MEMC del fotovoltaico
Solar Food Chain
Ingot Wafers Cells / Modules SystemsPolysilicon
MEMC
Subsidiary:
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Confronto tra diverse tecnologieIl fotovoltaico: Confronto fra diverse tecnologie
CIGS: Copper indium gallium diselenide
CIS: absorber material copper-indium-sulfide CIS
DSC: dye-sensitized solar cell
Fonte ENEA: Fonti rinnovabili 2010
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Il processo produttivo
POLICRISTALLO
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La via chimica per l’ottenimentodi silicio ultra-puro
Carbothemic reduction of quartz:SiO2 + 2 C + energy →→→→ Si + 2 COT = 2000 °C
Chlorosilanes synthesis:2 Si + 7 HCl→→→→ SiHCl3 + SiCl4 + 3 H2 + energyT = 350 °C
Siemens Process:2 SiHCl3 + H2 →→→→ Si + SiCl4 + 2 HCl + H2T > 1000 °C
Silicio metallurgico (MeSi)
98-99%
Clorosilani SiHCl3, SiCl4
99.99999%
Silicio policristallino di gradosolare o elettronico (Si)
99.9999999%
Il silicio è uno degli elementi più comuni in natura, ma per poter conseguire i livelli di purezza minimi necessari per un suo utilizzo nel campo dell’elettronicao per applicazioni fotovoltaiche è necessario un complesso processo dipurificazione :
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Tricolorosilano e idrogeno vengono immessi nei reattori
I reattori di produzione del policristallo
La reazione avviene sulla superficie calda (1000°C) delle barrette di silicio, che si accrescono gradualmente.
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Le barre di policristallo al termine del processo
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Le barre di policristallovengono trasportate nelreparto di frantumazione e confezionamento
Frantumazione del policristallo
Le barre vengono frantumate con speciali martelli e ridotte allapezzatura desiderata.
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In sala confezionamento i pezzidi silicio (nugget) vengonoispezionati ad uno ad uno e inseriti in sacchetti di PE.
I sacchetti vengono sigillati. Il policristallo è pronto per essereutilizzato per la produzione dei cristalli(mono e multi)
Confezionamento
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MONOCRISTALLO
Il processo produttivo
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La carica di policristallo èpronta per essere messa nel
puller
I pezzi di policristallo e ildrogante vengono messi in
un crogiolo di quarzo
Preparazione della carica
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Seed
Crystal (Si, s)
Melt (Si ,l)
Heater (C)
Argon inlet (Ar)
Vacuum Exhaust (Ar + SiO)
Optical SystemSeed Cable
Seed Chuck
View Port
Quartz Crucible (SiO2)
Heat Shield (C)
Graphite Susceptor (C)
Crucible Shaft
Wire Reel Rotation System
Il forno di crescita CZ – “Puller”
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Il policristallo viene fuso all’internodel puller
Fusione
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Fasi della crescita del cristallo
Crescita CZ
MEMC CONFIDENTIALTITLE | DATE | P. 17Smontaggio del cristallo
Il monocristallo al termine del processo di crescita
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Il processo produttivo
MULTICRISTALLO
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Metodo di produzione
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Il crogiolo di quarzo
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Il lingotto di silicio multicristallino
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Aspetti chiave
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Mappatura del tempo di vita dei portatori
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Fattori che influenzano l’efficienza
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Controlli qualitativi: vengono prelevati di campioni per la misuradella resistività elettrica, del contenuto di ossigeno e carbonio,
del tempo di vita dei portatori di carica, della perfezi onecristallografica
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Superati i controlli qualitativi, i cristalli sono pron ti per la spedizione agli stabilimenti di produzione delle fette
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Prospettive future
► Il silicio mono- e multi-cristallino sembra destinato a restare ancora per molti anni il materiale di elezione per la produzione di celle fotovoltaiche
► L’evoluzione tecnologica nel settore della produzione di silicio per solare si concentra su due aree fondamentali:– Riduzione dei costi di produzione
– Miglioramento dell’efficienza di conversione della fetta
$/watt !
Aumento produttività del processo, uso di materie prime meno costose, pesi carica maggiori
Riduzione della difettistica per il multi- (dislocazioni, bordi di grano), controllo e riduzione delle impurezze (ossigeno, carbonio, metalli), droganti alternativi al boro per il controllo della conducibilità (Gallio, Fosforo)
MEMC CONFIDENTIALTITLE | DATE | P. 28
Grazie per l’attenzione!