Fotovoltaik, GüneG neş Elektriği Sistemleri, Modelleme, Kurulum ve Analizi Kursu 11 Nisan 2009 İTÜ Süleyman Demirel KültK ltür r Merkezi, Maslak, İstanbul Alper Ozan KESKİN
PV Üretim Süreçleri ve Teknoloji Farklılıkları
PV Üretim Süreçleri ve Teknoloji Farklılıkları 1.Solar Kalite Silikon Üretimi 1.1..1.Metalurjik Kalite Silikon Üretimi 1.2..2.Elektronik Kalite Silikon Üretimi 2.İngot Üretimi 3.Wafer Üretimi 4.Solar Cell Üretimi 5.Solar Panel Üretimi
1. Solar Kalite Silikon Üretimi Silikon ismi Latince s silex (=flint) kelimesinden gelir. 1980 da Berzelius ferrosilikonun karbon ile redüksiyonu silikonu izole etmeyi başardı. TARİHÇE
1. Solar Kalite Silikon Üretimi SİLİKON UN ÖZELLİKLERİ Atom numarası: 14 Atom ağırlığı: 28 Yoğunluk (25oC): 2,329 g/cm 3 Yoğunluk (Tm): sıvı 2,51 g/cm 3, katı 2,30 g/cm 3 Tm: 1414 o C Tb: 3231 o C Özgül ısısı (27 o C): 0,713 J/g.K Isıl iletkenliği (27 o C): 1,5 W/cm.K Yüzey gerilimi: 885 mj/m 2 Band aralığı (27 o C): 1,126 ev
1. Solar Kalite Silikon Üretimi PV endüstrisinde silikonun büyüme hızı
1. Solar Kalite Silikon Üretimi
1. Solar Kalite Silikon Üretimi ÜRETİM METALURJİK SİLİKON (MG-Si) YARIİLETKEN SİLİKON (EG-Si) SOLAR SİLİKON (SoG-Si) Si)
1.1. Metalurjik Kalite Silikon Üretimi Kuvarstan yüksek saflıkta silikon üretimi
1.1. Metalurjik Kalite Silikon Üretimi Karbotermik redüksiyon C +SiO 2 ---> > CO (g) + SiO 3C C +SiO 2 ---> 2CO (g) + SiC CO (g)
1.1. Metalurjik Kalite Silikon Üretimi Dow Corning DAR (direct arc reactor) adında bir ark fırını geliştirdi ve daha saf silikon üretti. Daha saf başlangıç ve fırın malzemeleri ile proses optimize edildi. DAR prosesi ile silikon saflığı 99,99% (MG-Si) 50-100 ppm Fe, Al <10 ppm B, P 200 kva-ø 15 cm C elektrod 58.4 h ergitme süresi-128 kg Si- 25.7 kwh/kg Si-% % 99 C stoich.
1.1. Metalurjik Kalite Silikon Üretimi MG-Si un 2005 senesinde dünya üretimi % 60 ferro olmayan alaşımlarda alaşımlama elementi, özellikle Al % 35 silikon bileşiklerinin üretiminde % 5 elektronik uygulamalar Ana üretici ülkeler Norway, USA, France, Canada, South Africa, vs. Market fiyatı : Ocak 2005 FeSi 75 690 EU/t CRU, Chinese 740 $/MT CIF Japan Si (sec Al grade) 1320 EU/t, Çin 940 $/MT %15.6 verim SoG-Si Si 20.000 EU/t,%17 verim SoG-Si Si 40.000 EU/t
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi Elektronik uygulamalar, PV, sensörler, and mikromekanik, MG-Si saflaştırılması gerekli. MG-Si ilk önce SiHCl 3, SiCl 4, SiH 2 Cl 2, or SiH 4 gibi bileşiklere dönüştürülür. Saflaştırmadan sonra, bu silisyum bileşikleri CVD yöntemi ileyüksek saflıkta silikona dönüştürülür.
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi MG-Si dan EG-Si/SoG Si/SoG-Si Üretimi 650 o C egzotermik Si + 3HCl = SiHCl 3 + H 2 (trichlorosilane-tcs) Si + 4HCl = SiCl 4 + 2H 2 (silicon tetrachloride)
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi SAFLAŞTIRMA Saflaşmamış TCS kondanse edilir ve bir ara tankta depolanır. Hemen en ardından adsorpsiyon ve distilasyon ile saflaştırılır. Buharlaşma noktasının 33 o C olması nedeniyle, TCS fraksiyonel distilasyon ile efektif olarak saflaştırılır. B ve P silikon içindeki elektronik olarak aktif en önemli iki elementtir. ementtir. Bu nedenle distilasyondan önce kompleks ajanlar yardımıyla BCl 3 and PCl 3 şeklinde bileşikler oluşturularak daha düşük uçuculukta bileşiklere dönüştürülür. Bu yolla, TCS nin B ve P içeriği <1 1 ppba (parts per billion atomic) altında tutulması mümkün olmaktadır.
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi SAFLAŞTIRMA TCS en kolay ve en ekonomik kimyasal prosestir. EG-Si un yaklaşık % 90 ı TCS nin distilasyonu ile saflaştırılır. Geri kalan % 10 ise silane, SiH 4 distilasyonu ile yapılır. SiH 4 distilasyonu sadece Ethyl Process inden sonra yapılır : SiF 4(g) + NaAlH 4(s) = SiH 4(g) + NaAlF 4(s) Silane çok çok tehlikelidir TCS.
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi TCS saflaştırması ve poli-silikon depolama
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi Akışkan yatakta granülasyon:
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi CVD Dünyada üretimin % 75 i CVD yöntemi ile üretilir (Siemens&Halske patenti, 1956): kuvvetli şekilde endotermiktir ve çok yüksek reaksiyon sıcaklıkları gerekir. (1123 o C) Wacker, Hemlock, Tokuyama Soda, Kyundo, OTC, MEMC 4SiHCl 3(g) + 2H 2(g) = 3Si (s) + SiCl 4(s) + 8HCl ΔH H = 964 kj <0.02 ppba B, <0.01 ppba P Energy prosesteki en önemli maliyet faktörüdür. deposition rate (industrial) 1 mm/h, (theorically) 2 mm/h process parameters: current, temperature, pressure, gas flow, concentration
1.2. Elektronik Kalite Silikon Üretimi % 25 of worldwide silane : ASiMI, Ethyl, KRICT SiH 4(g) = Si + 2H 2(g) EG-CVD Si = 50$/kg 723 o C 2(g) 723 CVD
2. İngot Üretimi
2. İngot Üretimi
2. İngot Üretimi Tek Kristal Üretimi More than 95% of all electronic devices are made from single-crystal silicon.two crystal growth methods are used in industry for the production of silicon single-crystal: Czochralski (CZ) Method % 85 Float Zone (FZ) Method % 15
2. İngot Üretimi Tek Kristal Büyütme Czochralski (CZ) Method : highly integrated low power devices, typically for microprocessors, RAMs, DRAMs, ASICs, etc. Float Zone (FZ) Method : low integrated high power devices such as diodes, transistors, and thyristors.
2. İngot Üretimi Poli-Kristal Silikon
2. İngot Üretimi Solar Silikon da Alternatif Üretim Metodları 1. Scrap, rejected, and non-prime material from this production is the main supply route of today. 2. Several companies (Wacker, ASIMI, etc) are making a big effort to economise the chemical route by shifting from rod decomposition of TCS to fluidised bed in the last step of the polysilicon production. 3. The purification of metallurgical silicon has, so far, not resulted in a commercially viable process for a feedstock to solar cells. Several companies (Elkem, FerroAtlantica etc) are working on this route to SoG-Si. 4. The last potential source of solar grade silicon might be from the direct carbothermic reduction of quartz and carbon.
2. İngot Üretimi Solar Silikon da Alternatif Üretim Metodları
3. Wafer Üretimi
3. Wafer Üretimi
3. Wafer Üretimi
4. Solar Cell Üretimi Solar Cell Üretim Proses Şeması
4. Solar Cell Üretimi
4. Solar Cell Üretimi
5. Solar Panel Üretimi Cam EVA Göze dizisi Fiber Glas (EVA) Arka Örtü (Tedlar)
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
5. Solar Panel Üretimi
Silikon dan Sistem e