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Produzione di celle solari con il vuoto

Una tecnologia del vuoto all'avanguardia permette di produrre pannelli solari a un ritmo più rapido e di aumentare l'efficienza e la durata utile dei pannelli.

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Il ruolo del vuoto nella produzione di celle solari

L'industria solare sta spianando la strada alle fonti di energia rinnovabili del futuro. Il vuoto svolge un ruolo chiave nella produzione di pannelli solari a prova di futuro. Viene utilizzato fin dal primo momento per creare il silicio che costituisce ogni cella, fino alla laminazione degli strati finali.

I pannelli solari sono diventati una scelta popolare per consumatori e aziende, da quando la tecnologia è diventata più efficiente ed economica. Tuttavia, poiché la domanda di pannelli solari continua a crescere, altrettanto cresce la necessità di processi di produzione più efficienti.
Il vuoto consente una produzione più rapida e una maggiore efficienza e durata dei pannelli solari.

Una tecnologia del vuoto all'avanguardia permette di produrre pannelli solari a un ritmo più rapido e di aumentare l'efficienza e la durata utile dei pannelli.

Inoltre, una tecnologia del vuoto ottimale può contribuire a ridurre i rifiuti e ad aumentare la sostenibilità del processo di produzione dei pannelli solari. Garantendo una distribuzione uniforme dei rivestimenti sulle celle solari, si riducono i rifiuti.

Busch offre soluzioni del vuoto ottimali per l'industria dell'energia solare.

Applicazioni per vuoto nella produzione di celle solari

Utilizzando la tecnologia del vuoto, i produttori di pannelli solari possono produrre pannelli durevoli, efficienti e affidabili.

Il processo di produzione dei pannelli solari comprende quattro applicazioni del vuoto principali:
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Crescita di cristalli di silicio sotto vuoto

Le celle che compongono un pannello solare sono realizzate in silicio, uno degli elementi più abbondanti sulla Terra. Si trova in quasi tutte le rocce, sabbie di spiagge naturali e terreni, ma sempre in combinazione con altri elementi, solitamente ossigeno.

Per i pannelli solari serve silicio puro. Per crearlo, il polisilicio, una forma di silicio ad alta purezza, viene fuso e viene introdotto un cristallo seme. Tuttavia, allo stato fuso, il silicio diventa particolarmente reattivo. Molecole di gas, particelle di polvere e altre impurità possono reagire e interferire con la crescita dei cristalli di silicio, influenzando infine le loro prestazioni e l'efficienza del pannello solare.

Per estrarre tutta l'aria dalla camera di processo si utilizza un sistema per vuoto. Sotto vuoto, il silicio non ha più nulla con cui reagire, quindi il cristallo sarà privo di impurità.

In questo ambiente senza contaminanti, è possibile far crescere il silicio. Inizia a formarsi sul cristallo seme. Mentre il cristallo viene lentamente estratto dal silicio fuso, crea un'asta lunga che può essere tagliata in wafer ultrasottili di circa 200 µm.

Tuttavia, sono necessarie alcune impurità. Mediante il doping vengono introdotte quantità minuscole di un altro elemento, solitamente boro o fosforo, per creare il wafer di silicio, che si legano agli atomi di silicio e creano "elettroni liberi" che possono trasmettere elettricità attraverso il circuito. Questo è ciò che trasforma il silicio puro, un isolante, in un semiconduttore.
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Camere di carico

Diversi stadi critici della produzione di pannelli solari avvengono in una camera per vuoto per fornire un ambiente stabile e senza contaminanti per i sensibili wafer di silicio.

Tuttavia, per evitare improvvise variazioni di pressione quando si trasferiscono i wafer dalle condizioni atmosferiche alla camera principale, è necessario uno stadio intermedio, la camera di carico. Svolge un ruolo simile a quello di una camera d'aria sulla porta di un veicolo spaziale, vale a dire un ammortizzatore tra le due camere durante il carico e lo scarico dei wafer.

Durante i cicli la camera di carico è sottoposta alternatamente alla pressione ambiente atmosferica e al livello di vuoto nella camera principale. Ciò significa che la camera principale non perde mai pressione, garantendo tempi di ciclo rapidi e una contaminazione ridotta.

Prodotti corrispondenti per camere di carico
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Processi di rivestimento

Le celle solari sono rivestite con diversi materiali. A seconda del materiale e della tecnica, il rivestimento ha proprietà diverse. L'uso del vuoto garantisce che il materiale di rivestimento sia distribuito in modo uniforme, privo di bolle d'aria e abbia uno spessore uniforme. Tutto ciò aumenta l'efficienza di ogni cella solare.

Esistono due diversi metodi di rivestimento utilizzati nella produzione di pannelli solari: deposizione fisica in fase di vapore (PVD) e deposizione chimica da vapore potenziata al plasma (PECVD). Si tratta entrambe di tecniche di deposizione a film sottile, ma hanno metodi diversi e vengono utilizzate per scopi diversi. In un processo PVD, il vapore si condensa sul substrato per formare il rivestimento. Il processo PECVD, tuttavia, provoca una reazione chimica del vapore sul substrato, creando una pellicola sottile.

Nella produzione di pannelli solari, il PVD viene solitamente utilizzato per aggiungere uno strato fisico, come uno strato protettivo per proteggere la cella solare dagli elementi.

Prodotti corrispondenti per il rivestimento PVD

D'altra parte, il PECVD viene utilizzato quando sono richieste specifiche proprietà chimiche ed elettriche, come l'aggiunta di uno strato di rivestimento antiriflesso. Ciò rende il pannello solare più efficiente aiutando le celle a catturare le particelle di luce per generare elettricità.Scopri di più sul funzionamento dei processi di rivestimento.

Prodotti corrispondenti per il rivestimento PECVD
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Laminazione di moduli solari

Una laminazione di alta qualità è fondamentale per garantire la longevità dei moduli solari. Durante questo processo vengono incollati diversi strati di wafer, tra cui una copertura in vetro e un foglio di supporto protettivo.

Il vuoto rimuove l'aria intrappolata tra gli strati, creando un collegamento ermetico ed eliminando il rischio di delaminazione, che nel tempo potrebbe ridurre l'efficienza del modulo solare.

Prodotti corrispondenti per la laminazione

Il vostro processo necessita del vuoto?

Noi progettiamo la soluzione di vuoto su misura per voi.

I nostri prodotti corrispondenti

Le nostre soluzioni per vuoto sono utilizzate nei principali siti di produzione di pannelli solari. In tutto il mondo. E sono famose per la loro affidabilità In tutti gli stadi della produzione di pannelli solari.

 
Rivestimento PVD
Rivestimento CVD/PECVD
Laminazione
Camera di carico
 
COBRA NX
PANDA WV

(camera di carico)
 
 
COBRA NX
PUMA WY

(camera di processo)
 
 
COBRA DS

(camera di carico/camera di processo)
COBRA NC
PANDA WV
 
 

(prima camera)
COBRA NX
PANDA WV
 
 

(seconda camera)
MINK MM
 
 
 
COBRA NX
PANDA WV
 
 

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Sistemi per vuoto personalizzati

Per saperne di più sulla produzione di celle solari con il vuoto

Qual è la differenza tra una cella solare e un pannello solare?

Quando parliamo di energia solare, tendiamo a parlare di pannelli solari. Ma un pannello solare non è il componente più piccolo. Il componente più piccolo è la cella solare, o fotovoltaica. Comprende due layer di wafer semiconduttori. Quando più celle solari sono collegate in parallelo, formano un modulo solare. I moduli sono incapsulati e sigillati come fossero un oggetto unico.

Uno o più moduli solari confezionati come unità installabile diventano un pannello solare. E un array solare è composto da più pannelli solari collegati in serie o in parallelo; può avere dimensioni ridotte, se formato da pochi moduli, oppure arrivare a misurare diversi ettari.

Come vengono prodotti i pannelli solari?

Il processo di produzione dei pannelli solari, noti anche come pannelli fotovoltaici (FV), è composto da diverse fasi, tra cui la produzione di wafer di silicio, la lavorazione delle celle e l'assemblaggio dei moduli.

Il processo di produzione dei pannelli solari più comune comprende le seguenti tre applicazioni per vuoto:

  • Crescita di cristalli di silicio: la sabbia di quarzo (SiO2) viene riscaldata ad alte temperature con un agente riducente (carbonio) dentro un forno. Le molecole di ossigeno nella sabbia si combinano con il carbonio per creare monossido di carbonio (CO), lasciando dietro di sé il silicio fuso puro. Un bastoncino di cristallo seme viene posizionato sulla superficie in silicio e tirato lentamente verso l'alto. Questa azione, unita alla rotazione, forma un lingotto di silicio. Per evitare che le impurità penetrino nel cristallo di silicio, questo processo viene svolto sotto vuoto. Quindi, il lingotto di silicio viene tagliato in dischi sottili come carta chiamati wafer di silicio.
  • Processi di rivestimento: a seconda del tipo di pannello solare da produrre, i wafer di silicio vengono sottoposti a diversi processi chimici prima di essere trasformati in celle solari. Poiché il silicio puro è lucido, le celle sono riflettenti. Pertanto, sotto vuoto sulla loro superficie viene depositato un rivestimento antiriflesso.
  • Laminazione di moduli solari: diverse celle solari vengono collegate tra loro tramite connettori metallici per formare un modulo solare. Un sottile layer di vetro viene posizionato sulla parte superiore del modulo e il pannello posteriore è realizzato in un materiale a base di polimeri di durata elevata. Il vuoto garantisce la rimozione dell'aria intrappolata tra i layer, garantendo la resistenza e la longevità del modulo finito.

Esistono diversi tipi di pannelli solari?

Esistono quattro tipi principali di pannelli solari:

  • I pannelli monocristallini, noti anche come pannellimonocristallini, sono realizzati facendo crescere un singolo cristallo di silicio puro che viene poi tagliato in più wafer. Sono ideali per luoghi con spazio limitato. Anche in aree con poca luce solare, questi pannelli solari sono in grado di assorbire la massima quantità di energia.
  • Emettitori passivati e celle posteriori (PERC): questa tecnologia è una versione modificata della tecnologia a pannelli monocristallini con maggiore efficienza. Sul retro è presente un ulteriore layer riflettente. Ciò consente loro di catturare fotoni in più e produrre più energia solare rispetto a un pannello tradizionale.
  • I pannelli solarimonocristallini o multicristallini sono composti da parecchi cristalli di silicio. I wafer si formano fondendo insieme un certo numero di frammenti di silicio. Questa fusione viene poi versata in uno stampo della taglia di una singola cella solare. Ciò rende i pannelli policristallini più ecologici, poiché il loro processo di formatura comporta una ridotta o assente produzione di materiale di scarto. All'interno di questa categoria si può distinguere tra i seguenti due tipi:
    • Contatto passivato con strato di ossido a tunnel (TOPCon): sul retro della cella viene aggiunto uno strato di ossido ultrasottile. Ciò aiuta la cella a gestire tensioni più elevate, aumentando la produzione di energia. Le celle TOPCon sono anche più efficienti delle celle PERC, soprattutto in condizioni di bassa luminosità.
    • Heterojunction (HJT): queste celle sono costituite da tre strati di materiale fotovoltaico. Utilizzano due diverse tecnologie di celle, il silicio policristallino e il silicio a film sottile, che insieme producono l'elettricità. Le celle HJT sono generalmente combinate per creare pannelli più grandi rispetto ad altre tecnologie di celle e possono raggiungere livelli di efficienza elevati.
  • I pannelli solari a film sottile sono composti da parecchi strati. Questi strati sono così sottili da essere flessibili. I pannelli sono più leggeri e più facili da installare poiché non richiedono un telaio di supporto. I pannelli solari a film sottile non sono realizzati in silicio, ma in telluride di cadmio (CdTe), silicio amorfo (a-Si) e selenide di indio-gallio di rame (CIGS), noto anche come perovskite. Sono più efficienti delle celle HJT.

Ogni tipo di pannello solare utilizza il vuoto in vari stadi del suo processo di produzione. A seconda del tipo, ciò può avvenire durante la crescita, il rivestimento o la laminazione del silicio, o durante tutti e tre i processi.

Qual è la materia prima per la produzione di pannelli solari?

Per produrre i pannelli solari si utilizza la sabbia di quarzo, nota anche come sabbia da spiaggia naturale. Da questa sabbia è possibile produrre silicio puro, il materiale principale necessario per la produzione di pannelli solari. Il silicio puro è estremamente reattivo allo stato fuso, quindi viene processato sotto vuoto per evitare la penetrazione di impurità nel cristallo di silicio.

Case study