Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Silicium monocristallin

Silicium monocristallin

Le silicium monocristallin est le matériau de base des puces de silicium utilisées dans pratiquement tous les équipements électroniques actuels. Dans le domaine de l'énergie solaire, le silicium monocristallin est également utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques en raison de sa capacité à absorber les rayonnements.

Le silicium monocristallin est constitué de silicium dans lequel le réseau cristallin de la totalité du solide est continu, ne se casse pas sur ses bords et est exempt de toute limite de grain. silicium monocristallin peut être préparé comme un semi-conducteur intrinsèque qui se compose uniquement de silicium de haute pureté, ou peut être dopé par l'ajout d'autres éléments tels que le bore ou le phosphore pour faire de type p ou de silicium de type n.

Le silicium monocristallin dans les cellules solaires

Le silicium monocristallin est également utilisé dans le domaine de l'énergie solaire, en particulier pour la fabrication de panneaux photovoltaïques haute performance. Comme il existe des exigences moins strictes sur les imperfections structurelles par rapport aux applications microélectroniques, les cellules photovoltaïques utilisent souvent du silicium de qualité solaire (Sog-Si) de qualité inférieure.

Malgré cela, l'industrie de l'énergie solaire photovoltaïque en silicium monocristallin a grandement amélioré le développement de méthodes de production de silicium monocristallin plus rapides pour l'industrie électronique.

L'efficacité du silicium monocristallin

Avec une efficacité de laboratoire enregistrée à cellule unique de 26,7%, le silicium monocristallin présente le rendement de conversion confirmé le plus élevé de toutes les technologies photovoltaïques commerciales. Les rendements du module solaire pour le silicium monocristallin, qui sont toujours inférieurs à ceux des cellules correspondantes.

La haute efficacité est largement attribuable à l'absence de sites de recombinaison dans le monocristal et à une meilleure absorption des photons grâce à sa couleur noire, par rapport à la teinte bleue caractéristique du poly-silicium. Comme ils sont plus chers que leurs homologues polycristallins, les cellules mono Si sont utiles pour les applications où les principales considérations sont contraintes de poids ou la surface disponible, comme dans les vaisseaux spatiaux ou des satellites à énergie solaire, où il est possible d'améliorer encore l'efficacité en combinant d'autres technologies, telles que les cellules solaires multicouches.

La fabrication de silicium monocristallin

En plus du faible taux de production, on se préoccupe également du matériel gaspillé dans le processus de fabrication. La création de panneaux solaires peu encombrants nécessite de découper des plaquettes circulaires (un produit de lingots cylindriques formés par le procédé Czochralski) en cellules octogonales pouvant être emballées ensemble. Le surplus de matière n'est pas utilisé pour créer des cellules photovoltaïques et est rejeté ou recyclé, retournant à la production de lingots pour la fusion. En outre, bien que les cellules de silicium monocristallin peut absorber la plupart des photons à moins de 20 microns de la surface d'incidence, les limitations dans le processus de sciage signifient le lingot épaisseur de la plaquette commerciale est généralement d'environ 200 microns.

La production du silicium monocristallin

Silicium monocristallin habituellement réalisé par l'un de plusieurs procédés impliquant la fusion de qualité de semi-conducteur de silicium de haute pureté (plus que quelques parties par million d'impuretés) et l'utilisation d'une graine pour initier la formation d'un cristal unique continue. Ce processus est normalement effectué dans une atmosphère inerte, telle que l'argon, et dans un creuset inerte, tel que le quartz, pour éviter les impuretés susceptibles d'affecter l'uniformité du cristal.

Le procédé le plus courant de production de silicium monocristallin est le procédé de Czochralski, l'immersion d'un germe cristallin monté sur des tiges avec une précision dans le silicium fondu. Ensuite, la barre est lentement tiré vers le haut et mis en rotation permettant simultanément le matériau étiré se solidifie en une place cylindrique lingot monocristallin à 2 mètres de long et pesant plusieurs centaines de kilos. Les champs magnétiques peuvent également être appliqués pour contrôler et supprimer un écoulement turbulent, améliorant encore l'uniformité de la cristallisation.

D'autres procédés comprennent la croissance de la région flottante, le passage d'une tige de silicium polycristallin par une radiofréquence de bobine de chauffage crée une zone en fusion localisée, à partir de laquelle se développe germe cristallin de lingot, et les techniques de Bridgman Ils déplacent le creuset à travers un gradient de température pour le refroidir à partir de l'extrémité du récipient contenant la graine. Les lingots solidifiés sont coupés en fines feuilles pour un traitement ultérieur.

Comparé au moulage des lingots polycristallins, la production de silicium monocristallin est très lente et coûteuse. Cependant, la demande de silicium monocristallin continue d'augmenter en raison des propriétés électroniques supérieures -le manque de joints de grains permet une meilleure circulation de la charge de transport et empêche la recombinaison d'électrons, ce qui permet une meilleure performance des circuits intégrés et énergie photovoltaïque.

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Dernier examen: 3 septembre 2018