Çok kristalli silikon güneş pilleri günümüzde en yaygın kullanılan fotovoltaik teknoloji türüdür. Çekirdek malzemesi polikristalin silikondur ve polikristalin silikonun üretim süreci, tüm pil üretim zincirinde önemli bir bağlantıdır. Aşağıda, hammadde seçimi, eritme, soğutma ve kristal oluşumu gibi önemli adımlar da dahil olmak üzere çok kristalli silikon külçelerin üretim süreci ayrıntılı olarak tanıtılacaktır.
1. Hammadde seçimi
Çok kristalli silikon külçe üretmenin ilk adımı, yüksek saflıkta silikon hammaddelerini seçmektir. Genellikle endüstriyel silikon (Si), %99,9999'luk (altı dokuz) bir saflığa ulaşmak için safsızlıkları gidermek üzere saflaştırılır. Bu kadar yüksek saflık elde etmek için genellikle kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi ileri saflaştırma teknolojileri gereklidir. Yüksek saflıkta silikon hammaddelerinin seçimi, sonraki polikristalin silikon hücrelerin performansının sağlanmasının temelini oluşturur, çünkü safsızlıklar, hücrenin fotoelektrik dönüşüm verimliliğini ve hizmet ömrünü etkileyecektir.
2. Eritme işlemi
Yüksek saflıkta silikon hammaddesi elde edildikten sonra bir sonraki adım eritmedir. Eritme genellikle sıcaklığı 1400°C'ye kadar olan yüksek sıcaklıktaki bir fırında gerçekleştirilir. Bu işlem yüksek enerji tüketimi gerektirir, bu nedenle verimli bir elektrikli fırın seçmek çok önemlidir. Erime işlemi sırasında silikonun kristal yapısı bozulur ve sıvı silikon haline gelir. Eritme işlemi, kabarcıkları veya diğer kusurları önlemek için eşit sıcaklık sağlamalıdır.
3. Soğutma ve katılaştırma
Erimiş sıvı silikonun, polikristalin silikon oluşturacak şekilde yeniden kristalleşebilmesi için kademeli olarak soğutulması gerekir. Soğutmanın hızı ve sıcaklığı kritiktir çünkü bunlar son silikon külçenin kristal yapısını ve kalitesini etkiler. Soğutma işlemi sırasında sıvı silikon, bir ön polikristalin silikon külçesi oluşturmak üzere katılaşmaya başlayacaktır. Bu aşama genellikle homojen bir soğutma sağlamak için özel bir soğutma cihazında gerçekleştirilir.
4. Kristal oluşumu
Soğutma işlemi sırasında silikon atomları, tek bir kristal yapı yerine birden fazla kristal oluşturacak şekilde yeniden düzenlenecektir. Çok kristalli silikon külçelerin oluşum süreci, kristal tohumlama ve büyümeyi içerir. Soğutma işlemi sırasında ilk önce bazı bölgelerde küçük kristal parçacıklar oluşacak ve bu parçacıklar sıcaklık düştükçe büyümeye devam ederek sonunda tam bir polikristalin silikon külçe oluşturacaktır. Makul soğutma hızı ve süresi, kristallerin boyutunu ve dağılımını optimize edebilir, böylece polikristalin silikonun performansını artırabilir.
5. Silikon külçelerin kesilmesi ve işlenmesi
Polikristalin silikon külçenin oda sıcaklığına soğuduktan sonra güneş pillerinin üretiminde kullanılmak üzere ince dilimler halinde kesilmesi gerekiyor. Bu işlemde genellikle kesilen silikon levhanın kalınlığının 180-200 mikron arasında olmasını sağlamak için yüksek hassasiyetli bir tel kesme makinesi kullanılır. Malzeme israfını ve sacın zarar görmesini önlemek için kesme işlemi sırasında dikkatli bir işlem yapılması gerekir.
6. Kalite Kontrolü
Silikon külçelerin üretim sürecinde kalite kontrolü çok önemlidir. Silikon külçelerin saflığının, kristal yapısının ve fiziksel özelliklerinin standartları karşıladığından emin olmak için her üretim bağlantısı sıkı bir şekilde test edilecektir. Sonraki pil üretiminde iyi performans gösterebilmesini sağlamak amacıyla silikon külçenin kapsamlı bir incelemesini yapmak için genellikle spektral analiz, mikroskobik gözlem ve diğer yöntemler kullanılır.
