Produzione cella

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Spiegazione di come produrre materialmente una cella fotovoltaica.http://www.digitalbridge.info

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  • 1. LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Processi di produzione di una cella FV Progetto realizzato dalla classe V FASE I.T.I.S. H. HERTZ di Roma A cura dei Prof.ri Bonanni Antonio e Coletta Bruno
  • 2. Il silicio LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
    • Come abbiamo visto in precedenza leffetto fotovoltaico si basa sulla capacit di alcuni materiali semiconduttori di trasformare lenergia solare in energia elettrica.
    • Tra i materiali che hanno queste attitudini il silicio risulta essere il pi utilizzato essendo uno degli elementi pi diffuso in natura.
    • Per ottenere silicio in forma pura il silicio che si trova in natura deve essere fuso insieme a polverino di carbone.
    • Mediante questo processo possibile ottenere silicio con un grado di purezza del 98%.
    • Le residue impurit vengono separate dal silicio attraverso un processo di distillazione per fasi successive.
    • Si distinguono diversi tipi di silicio in dipendenza del grado di purezza:
    • silicio di grado elettronico una parte di impurit per ogni 10 7 e oltre parti di Silicio
    • silicio di grado solare una parte di impurit per ogni 10 4 10 7 parti di Silicio
    • silicio metallurgico una parte di impurit per ogni 10 4 parti di Silicio
    • Per realizzare una cella fotovoltaica, necessario silicio di purezza inferiore al silicio di grado elettronico, per cui l'industria delle celle solari utilizza sostanzialmente lo scarto delle industrie elettroniche.
    • Il silicio tuttavia per essere opportunamente sfruttato nellambito dellindustria fotovoltaica deve presentare un'adeguata struttura molecolare (monocristallina, policristallina o amorfa).
    Silicio minerale cristallino
  • 3. Tipologie di celle solari Celle in silicio amorfo: gli atomi sono orientati in modo casuale come in un liquido, pur conservando le qualit dei solidi. I l termine amorfo si riferisce alla struttura non cristallina degli atomi di silicio. Il rendimento inferiore a quello del silicio cristallino e, tipicamente, varia tra 5% e 10%. Lenergia prodotta per Watt picco installato maggiore confrontata con i moduli di silicio cristallino nel caso di zone con bassa insolazione. Celle in silicio monocristallino: gli atomi sono orientati nello stesso verso e legati, gli uni agli altri, nello stesso modo . Son o realizzate utilizzando un unico grande monocristallo. Grazie a questo metodo di produzione si hanno celle solari a disco, ognuna fatta da un unico cristallo di silicio. Le dimensioni standard sono 10 x 10 cm. Le celle solari in silicio monocristallino tipicamente hanno un rendimento tra il 15% e il 17%. Celle in silicio policristallino/multicristallino: gli atomi sono aggregati in piccoli grani monocristallini orientati in modo casuale. S ono realizzate con molteplici cristalli di silicio. Siccome i bordi del cristallo potrebbero impedire il flusso di elettroni, le celle di silicio multicristallino sono solitamente meno efficienti rispetto a quelle di silicio monocristallino. La resa varia tipicamente tra il 12% e il 14%. La maggior parte delle celle solari di silicio policristallino di colore blu. LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI
  • 4. Processi di produzione delle celle LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Metodo Czochralsky per la produzione di silicio monocristallino Questo metodo consente di ottenere il silicio monocristallino a partire dal silicio policristal- lino di grado elettronico. In un crogiolo di silicio fuso viene immerso un "seme" di silicio in lenta rotazione. Il seme cristallino viene lentamente estratto e, controllando opportunamen- te la velocit di estrazione, si regola il diametro del lingotto e si concentrano le impurit nel la parte inferiore di esso. Il lingotto viene sagomato a forma cilindrica, squadrato e tagliato a fette.
  • 5. Processi di produzione delle celle LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Lingotti di silicio dopo la squadratura
  • 6. Processi di produzione delle celle LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Metodo a solidificazione controllata SD per la produzione di silicio policristallino
  • 7. Processi di produzione delle celle LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Il metodo Casting un processo produttivo di celle fotovoltaiche, a partire dal silicio scartato dalle industrie elettroniche. Le prime fasi del processo consistono nella minuta frammentazione del materiale seguito da un operazione di decapaggio per un prima purificazioni da impurit superficiali. Il materiale viene quindi fuso e colato nelle forme (casting) in cui avviene la successiva ricristallizzazione. Le operazioni di fusione colaggio e cristallizzazione sono particolarmente critiche. Metodo Casting per la produzione di silicio policristallino Il problema che si presenta, e che poi tipico di tutta la tecnologia di produzione dei semiconduttori, quello della necessit di ridurre al minimo il tasso di impurezze presenti nel materiale al fine di ottenere la migliore efficienza della conversione fotovoltaica. E questo il motivo per cui, a tutt'oggi, i processi che consentono di arrivare a blocchi di policristallo non permettono la fusione di masse di silicio superiori a 100 kg per volta, con durata dell'operazione non inferiore a 24 h. Dopo la cristallizzazione si procede alla squadratura dei blocco cosi ottenuto per togliere le asperit meccaniche, e per eliminare le impurit che i processi precedenti hanno fatto addensare alla superficie dei materiale. Dalla massa si ottengono quindi vari lingotti, che vengono successivamente affettati per la realizzazione dei cosiddetti wafers o fette. L'operazione di taglio fra quelle che provocano la maggior perdita di materiale.
  • 8. LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Processi di produzione delle celle Metodo EFG (Edge-defined Film Growth) Il metodo EFG (Edge-defined Film Growth) consiste nell'ottenere un nastro di silicio monocristallino mediante un processo di trafilatura. Il nastro viene ottenuto mediante un passaggio, per effetto capillare, attraverso una fessura in cui sale il silicio liquido. Esistono alcuni problemi riguardo la purezza del cristallo dovuti al fatte che il cristallo si presenta come un ottimo solvente e pertanto raccoglie le impurit della trafila. Comunque con il processo EFG sono state ottenute celle con rendimento del 13%.
  • 9. LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Processi di produzione delle celle Moduli in silicio amorfo Nel caso del silicio amorfo improprio parlare di celle fotovoltaiche: il silicio infatti viene deposto uniformemente e in piccolissime quantit su superfici plastiche o vetrate, formando un unico film sottile o thin film dello spessore di qualche millesimo di millimetro. I pannelli in silicio amorfo hanno una colorazione omogenea, di solito nera o comunque scura, e hanno particolari doti di flessibilit e leggerezza. Lo spessore complessivo del modulo, telaio compreso, di pochi millimetri e l'aspetto complessivamente pi accattivante rispetto ai "cugini" in silicio cristallino. Tutte queste caratteristiche fanno del silicio amorfo la tecnologia ideale per applicazioni architettoniche avanzate, in cui fondamentale ricercare la massima resa estetica anzich puntare unicamente sulla producibilit dell'impianto. I valori di efficienza sono attualmente soltanto del 5-8% e rimangono da risolvere problemi legati all'instabilit delle prestazioni nel tempo, (calo di efficienza, circa del 20%). Il costo dei moduli in silicio amorfo, per Watt installato, inferiore anche del 30-40% rispetto alle tecnologie in silicio cristallino.
  • 10. LENERGIA SOLARE E LA SUA APPLICAZIONE NEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI Processi di produzione delle celle Moduli a film sottile I moduli a film sottile o CIS sono composti da pellicole di una lega compatta di rame, indio e diselenide. Le celle, ricoperte da un vetro trasparente temprato che garantisce maggior potenza, assicura resistenza all'impatto e protezione contro grandine, neve e ghiaccio. Offrono prestazioni eccezionali anche con poca luce e hanno una minima tolleranza alle alte temperature. La particolare disposizione delle celle lunghe e molto sottili dei moduli CIS li rende pi vantaggiosi dei moduli in silicio cristallino in situazioni di ombreggiamento parziale (nuvole, fogl