В зависимости от полупроводникового материала, толщины материала или кристаллической структуры можно выделить различные типы солнечных элементов. Наиболее распространенными являются толстопленочные солнечные элементы, в которых основным материалом является кремний. Кремний является распространенным сырьем, присутствующим в различных химических соединениях, в основном в силикатных минералах, песке и кварце. Извлечение чистого кремния является энергетически затратным процессом, поскольку кремний уже реагирует с кислородом при комнатной температуре. Чистейший кремний также требуется для производства чипов, но для так называемого «солнечного кремния» достаточно несколько более низкой чистоты. Кремниевые пластины являются полуфабрикатами, из которых изготавливаются солнечные элементы.

Слиток является промежуточным этапом, из которого производятся так называемые пластины. Различают монокристаллические и поликристаллические слитки, причем монокристаллические слитки являются более дорогим вариантом, изготовленным из высокочистого кремния. При производстве монокристаллических слитков кремний нагревается до высоких температур в тигле, а расплав осаждается на стержнях, пока тигель вращается. После охлаждения рост кристаллов, будучи вызванным, продолжается на стержнях, образуя монокристалл цилиндрической формы.

Эти кристаллы кремния распиливаются на тонкие пластины толщиной от 0,15 до 0,25 мм. Благодаря процессу производства кристаллическая структура в монокристаллических пластинах однородна. При производстве поликристаллических слитков кремний нагревается в квадратных тиглях. По мере его охлаждения впоследствии образуется множество кристаллических зон разного размера и разной ориентации.

На следующем этапе пластины «легируются». Этот термин используется для описания внедрения инородных атомов в существующую решетку кремния, так что между отдельными слоями создается разность зарядов. Чтобы особенно эффективно использовать солнечный свет, на пластину наносится антибликовый слой нитрида кремния или оксида титана. Затем контакты наносятся на пластины методом трафаретной печати, а затем затвердевают путем выпекания. На обратной стороне контакты изготавливаются с помощью серебряных контактных точек на алюминиевом слое.

Водород используется в процессе производства тонкопленочных солнечных элементов. Он реагирует с кремнием, образуя моносилан (SiH4). Это газообразное соединение испаряется на материал-носитель и разлагается при низких температурах; в результате чего отделяется аморфный, некристаллический кремний. В последующих слоях осаждаются электропроводящие оксиды, которые служат контактами. Эти слои структурируются либо механически, либо с помощью лазера, в результате чего получаются отдельные элементы.

Монокристаллические солнечные элементы характеризуются длительным сроком службы более 20 лет. Кроме того, с эффективностью от 14 до 18 процентов они являются наиболее эффективными солнечными элементами, доступными в настоящее время на рынке, но их производство сравнительно дорого и более сложно. Однако наивысшая эффективность (до 30 процентов) была достигнута с помощью так называемых tandem solar cells. These cells consist of two or more solar cells that are layered on top of each other. This allows light with different wavelengths to be absorbed by the cell. Organic solar cells, whose special features we have already described in an earlier article, consist of hydrocarbon compounds and are still a relatively new technology with many new potential applications.

Источник:

Solarenenergie.de:

https://solarenergie.de/hintergrundwissen/solarenergie-nutzen/solarzellen/solarzellen-herstellung, accessed: 3/26/2022 at 5 p.m.

https://www.energie-experten.org/erneuerbare-energien/photovoltaik/solarmodule/monokristalline-module, accessed: 3/26/2022 at 2 p.m.

Wikipedia, Solarzelle:

https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Einteilung, accessed: 3/28/2022 at 9 a.m.