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Células solares de silicio policristalino son el tipo de tecnología fotovoltaica más utilizado en la actualidad. Su material central es silicio policristalino y el proceso de producción de silicio policristalino es un eslabón importante en toda la cadena de fabricación de baterías. A continuación se presentará en detalle el proceso de producción de lingotes de silicio policristalino, incluidos pasos clave como la selección de materia prima, fusión, enfriamiento y formación de cristales.
1. Selección de materias primas
El primer paso en la producción de lingotes de silicio policristalino es seleccionar materias primas de silicio de alta pureza. Normalmente, el silicio industrial (Si) se purifica para eliminar impurezas y alcanzar una pureza del 99,9999% (seis nueves). Para obtener una pureza tan alta, generalmente se requieren tecnologías de purificación avanzadas, como la deposición química de vapor (CVD). La selección de materias primas de silicio de alta pureza es la base para garantizar el rendimiento de las celdas de silicio policristalino posteriores, porque las impurezas afectarán la eficiencia de la conversión fotoeléctrica y la vida útil de la celda.
2. Proceso de fusión
Tras obtener materias primas de silicio de alta pureza, el siguiente paso es la fusión. La fusión se suele realizar en un horno de alta temperatura con una temperatura de hasta 1400°C. Este proceso requiere un alto consumo energético, por lo que elegir un horno eléctrico eficiente es clave. Durante el proceso de fusión, la estructura cristalina del silicio se rompe y se convierte en silicio líquido. El proceso de fusión debe garantizar una temperatura uniforme para evitar burbujas u otros defectos.
3. Enfriamiento y solidificación
El silicio líquido derretido debe enfriarse gradualmente para que pueda recristalizarse y formar silicio policristalino. La velocidad y la temperatura de enfriamiento son críticas porque afectan la estructura cristalina y la calidad del lingote de silicio final. Durante el proceso de enfriamiento, el silicio líquido comenzará a solidificarse para formar un lingote de silicio policristalino preliminar. Esta etapa generalmente se lleva a cabo en un dispositivo de enfriamiento especial para garantizar un enfriamiento uniforme.
4. Formación de cristales
Durante el proceso de enfriamiento, los átomos de silicio se reorganizarán para formar múltiples cristales en lugar de una estructura cristalina única. El proceso de formación de lingotes de silicio policristalino implica la siembra y el crecimiento de cristales. Durante el proceso de enfriamiento, primero se formarán pequeñas partículas de cristal en algunas áreas, y estas partículas continuarán creciendo a medida que la temperatura disminuye, formando eventualmente un lingote de silicio policristalino completo. Una velocidad y un tiempo de enfriamiento razonables pueden optimizar el tamaño y la distribución de los cristales, mejorando así el rendimiento del silicio policristalino.
5. Corte y procesamiento de lingotes de silicio.
Una vez que el lingote de silicio policristalino se enfría a temperatura ambiente, es necesario cortarlo en rodajas finas para utilizarlo en la fabricación de células solares. Este proceso generalmente utiliza una máquina cortadora de alambre de alta precisión para garantizar que el espesor de la oblea de silicio cortada esté entre 180 y 200 micrones. Se requiere una operación cuidadosa durante el proceso de corte para evitar desperdicio de material y daños a la hoja.
6. Inspección de calidad
En el proceso de producción de lingotes de silicio, el control de calidad es fundamental. Cada eslabón de producción se probará estrictamente para garantizar que la pureza, la estructura cristalina y las propiedades físicas de los lingotes de silicio cumplan con los estándares. Por lo general, se utilizan análisis espectrales, observación microscópica y otros métodos para realizar una inspección exhaustiva del lingote de silicio para garantizar que pueda mostrar un buen rendimiento en la fabricación posterior de la batería.
