Výroba solárnych článkov je vysoko presný a technologicky náročný proces, ktorý pozostáva z množstva chemických, fyzikálnych a tepelných krokov. Solárne články, ktoré tvoria základ fotovoltaických zariadení, premieňajú slnečnú energiu priamo na elektrickú energiu a zohrávajú kľúčovú úlohu v udržateľnej výrobe energie. Priemyselná výroba solárnych článkov vyžaduje rozsiahle systémy úpravy vody a čistenia odpadových vôd, pretože na procesnú vodu sa kladú vysoké požiadavky na čistotu a vznikajú odpadové vody so špecifickým obsahom znečisťujúcich látok.

Prehľad výroby solárnych článkov

Solárne články sa skladajú hlavne z polovodičových materiálov, najmä kremíka, a vyrábajú sa v niekoľkých po sebe nasledujúcich krokoch. Rozlišuje sa medzi výrobou monokryštalických, polykryštalických a tenkovrstvových solárnych článkov.

1. Výroba kremíkových doštičiek

Východiskovou surovinou pre solárne články je vysoko čistý kremík, ktorý sa získava energeticky náročnými procesmi:

• proces tavenia:
  • Čistý kremík sa taví pri vysokých teplotách a kryštalizuje (Czochralskiho proces pre monokryštalický kremík, blokové liatie pre polykryštalický kremík).
• Pílenie a rezanie:
  • Bloky kremíka sa rozrezávajú na veľmi tenké doštičky (zvyčajne 150–200 µm).

2. Príprava povrchu

Povrchy doštičiek sú chemicky upravené s cieľom optimalizovať textúru a odstrániť defekty:

• leptanie:
  • Odstránenie stôp po píle a nečistôt chemickým alebo alkalickým mokrým leptaním.
  • Typické chemikálie: kyselina fluorovodíková (HF), hydroxid draselný (KOH).
• Čistenie:
  • Použitie ultračistej vody (UPW), ktorá neobsahuje častice, ióny ani organické zlúčeniny.

3. Dotácia a tvorba vrstiev

Elektrická vodivosť solárnych článkov je cielene ovplyvňovaná dopovaním cudzími atómami, ako je fosfor alebo bór:

• difúzia:
  • Vytvorenie pn-prechodovej vrstvy vysokoteplotným spracovaním s dotovanými plynmi (napr. fosforchlórid, bór trioxid).
• antireflexná vrstva:
  • Nanášanie nitridu kremíka (Si₃N₄) alebo iných materiálov na minimalizáciu odrazu svetla.

4. Metalizácia

• kontaktná štruktúra:
  • Potlač a spekanie kovových vodivých dráh (napr. strieborných pást) na prednú a zadnú stranu doštičiek.

5. Montáž a zabezpečenie kvality

• laminovanie:
  • Solárne články sú laminované ochrannými vrstvami a sklenenými tabuľami.
• Elektrické testy:
  • Kontrola článkov z hľadiska účinnosti, skratového prúdu a napätia v otvorenom obvode.

Potreba vody a požiadavky pri výrobe solárnych článkov

Výroba solárnych článkov vyžaduje veľké množstvo procesnej vody, najmä ultračistej vody (Ultra Pure Water, UPW), ktorá musí byť takmer úplne bez nečistôt. Kvalita vody je rozhodujúca, pretože aj tie najmenšie častice alebo chemické zvyšky môžu ovplyvniť účinnosť a kvalitu solárnych článkov.

Vodné aplikácie vo výrobe

1. Čistenie a oplachovanie:
   • Odstraňovanie chemikálií a častíc po leptacích, difúznych alebo povlakových procesoch.
2. Chemické procesné kúpele:
   • Použitie ultračistej vody ako rozpúšťadla v mokrých leptaniach a čistiacich kúpeľoch.
3. chladenie:
   • Použitie vody v chladiacich systémoch pre tepelné procesy (napr. difúzia alebo spekanie).

Dôležité parametre kvality

1. Vodivosť:

   • Reinstwasser weist eine extrem niedrige Leitfähigkeit auf (< 0,1 µS/cm). Idealerweise liegt die Leitfähigkeit bei 0,055 µS/cm (theoretischer Wert für vollständig deionisiertes Wasser bei 25 °C).
   • Nízka vodivosť je indikátorom minimálneho obsahu rozpustených solí a iónov.

2. Celkový organický uhlík (Total Organic Carbon, TOC):

   • Hodnoty TOC musia byť nižšie ako 5 ppb, aby sa minimalizovala prítomnosť organických zlúčenín.
   • Organické látky sa môžu usadzovať na kremíkových doštičkách a znižovať účinnosť solárnych článkov.

3. Častice:

   • Partikelfreiheit ist entscheidend, da schon mikroskopische Partikel (< 0,1 µm) die Struktur der Wafer beschädigen können.
   • Koncentrácia častíc musí byť blízka nule.

4. Baktérie a pyrogény:

   • Bakterien müssen vollständig entfernt werden (< 1 KBE/mL).
   • Pyrogény (bakteriálne zvyšky) nesmú byť prítomné.

5. Iónová sloboda:

   • Katióny (napr. sodík, draslík) a anióny (napr. chlorid, síran) musia byť takmer úplne odstránené, aby sa zabránilo korózii a chemickým reakciám.

6. Kremík (SiO₂):

   • Siliziumdioxid ist ein natürlicher Bestandteil vieler Wässer und muss vollständig entfernt werden (< 1 ppb), um Ablagerungen auf den Wafern zu vermeiden.