Hoe zonnecellen worden gemaakt: De machines achter de zonnepanelen

Stap 1 – Van siliciumblok tot wafer

Een multi-wire-slicing-machine snijdt met hoge snelheid door het siliciumblok, terwijl een slijfmiddel de afvaldeeltjes wegveegt. Hierdoor worden plakken silicium van ca. 150 tot 200 micrometer dikte gemaakt. Dunne wafers zorgen voor meer zonnecellen per siliciumblok en daardoor voor lagere kosten per watt, maar ze breken gemakkelijker tijdens de volgende verweringsstappen. Als de prijs van een leverancier te gunstig lijkt, wordt de dikte van de wafers meestal als eerste punt onderzocht om te kijken of er sprake is van een te groot voordeel.

Stap 2 – Reinigen

Chemische en ultrasone reiniging in een reeks tanks verwijdt restanten van smurrie, olie en mortel. Vervolgens worden de wafers met droogingsystemen opgedroogd. Deze fase mag dan wel onopvallend lijken, maar ze is van cruciaal belang voor de kwaliteit van de volgende verwerkingsschritten.

Fase 3 – Diffusie: het vormen van de P-N-scheiding

In de difusievuurkuil worden atomen van onzuiverheden onder hoge temperatuur in de wafer gebracht. Dit gedopte laag verandert een stuk silicium in een diode met een P-N-scheiding; dit is de plek waar de omzetting van licht in elektriciteit plaatsvindt. Een fout in deze fase kan niet meer worden hersteld.

Fase 4 – Etching

Met een plasmatechniek wordt ongewenste materiaal van de oppervlakte van de wafer verwijderd, zodat het elektrodeschema kan worden gevormd. Tevens worden de randen van de diode afgeschermd, waardoor de stroom niet kan lekken. Op deze stap wordt ook een antireflexcoating aangebracht; de coating zelf wordt vervolgens in de PECVD-fase aangebracht.

Fase 5 – Coatings: het verbeteren van de efficiëntie

Met deze coating wordt de efficiëntie van de diode verhoogd.

PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) genereert plasma door radiofrequent discharges en deponeert films van siliconnitride en siliconoxide op de wafer. Deze films hebben twee belangrijke functies: ze passiveren de oppervlakte, waardoor de recombinatie van elektronen verminderd wordt, en ze verlagen de reflectie, zodat meer licht de cel binnendringt. Van alle stappen in de productieketen heeft PECVD de meest directe invloed op de efficiënsie van de cel, zoals deze is opgenomen in de technische specificaties (de datasheet).

Stap 6 – Metallisatie: sputtering en screen printing Magnetron-sputtering gebruikt magnetische en elektrische velden om gelijke lagen aluminium en zilver te deponeeren. Vervolgens toepast een screen-printing-machine geleidende zilver- en aluminiumpastes volgens vooraf ontworpen patronen, waardoor de voorste elektroden en het achterste oppervlak van de cel worden gevormd. De nauwkeurigheid van de aanslag van de pastes bepaalt de serieweerstand van de cel; deze serieweerstand is het gevoel van warmte dat je ervaart op een warme dag.

Stap 7 – Testen en sorteren Drie instrumenten sluiten de productieketen af.

• Een minority carrier lifetime tester metert hoelang de semiconductoronderdelen (‘carriers’) in de siliconwafer overleven. Het aantal overlevende onderdelen geeft zowel aan hoe goed de kwaliteit van het silicium is als hoe effectief de difusieprocedure is verlopen.
• Een four-probe tester mett de elektrische weerstand (resistiviteit) en de oppervlaktese weerstand (sheet resistance) vast; deze waarden geven informatie over de concentratie en uniformiteit van de dopingsstof in de wafer.
• Een cell sorting instrument groeppt de semiconductoronderdelen op basis van hun omvormingsefficiëntie, open-circuit-spanning en kortsluitstroom.

De laatste machine is voor de koper het belangrijkst: onderdelen met vergelijkbare eigenschappen vormen modules met lage ‘mismatch losses’. Lage mismatch losses zorgen ervoor dat de autonomie van de batterij ook na achttien maanden nog behouden blijft.

Utiliteiten: water en gas

Een systeem voor puur water voorziet de procesen van gedioniseerd water, zodat er geen onzuiverheden in het water terechtkomen. Een gasbevoorringsysteem slaat stoffen als stikstof, zuurstof, waterstof en argon op, reinigt deze en levert ze vervolgens aan de stations voor difusie, etching en coating. Transportbanden en robotarmen bewegen de siliconwaferen tussen de verschillende stappen van het proces, waardoor menselijke contacten en contaminatie worden vermeden.

Waarom een koper van straatlantaarns dit moet interesseren

De prijs van de panelen geeft aan uit welke sorteerbakken de cellen komen. Een module die is gemaakt van cellen uit dezelfde sorteerbak levert een voorspelbaar resultaat op; een module die is gemaakt van cellen uit verschillende sorteerbakken ziet er op de eerste dag nog goed uit, maar zal na de eerste winter teleurstellen. Als de offerte veel lager ligt dan de marktprijs, is de sorteerprocedure meestal de plek waar het geld is bespaard – de verschillende prijzen tussen de offerte en de marktprijs betekenen dat de autonomie van het systeem wordt beperkt.

Wat deze pagina niet behandelt

Deze pagina behandelt alleen de cellenlijn. Er wordt geen aandacht besteed aan het lamineren van de modules, het monteren van de frames, of de testprocedure die elke afgerolde module ondergaat. Evenmin worden de verschillende paneltechnologieën vergeleken (daar vindt u meer informatie hier. Om de afmetingen van een panelarray voor een specifiek project te bepalen, gebruikt u onze solar panel sizing calculator, of kiest u voor onze all-in-one solar street lights-lijn; elke eenheid wordt geleverd met een cellengradatie die we kunnen documenteren.