Svarbiausi technologiniai procesai silicio saulės elementams gaminti

Saulės elementai verčiantys šviesos energiją į elektros energiją yra bene seniausiai žinomi puslaidininkiniai prietaisai – pirmieji 4 proc. efektyvumo silicio saulės elementai (SE) buvo sukurti Bello laboratorijoje (JAV) daugiau kaip prieš 50 metų.

Silicio saulės elementai gaminami iš monokristalinio (mono – Si) arba polikristalinio silicio (poli – Si) liejinio. Kristalinio silicio SE technologija yra labiausiai ištobulinta ir sukauptas didžiausiais mokslinių tyrimų ir technologinės plėtros žinių lygis. Šie elementai pasižymi geriausiu efektyvumu iš pramoniniu būdu gaminamų elementų ir ilgiausiu tarnavimo laiku (kristalinio silicio moduliai paprastai turi 25 metų tarnavimo garantiją). Dėl šių privalumų mono – Si ir poli – Si SE technologija užima dominuojančias pozicijas SE technologijų moksliniuose tyrimuose, bei technologinėje pramonės plėtroje.

Silicio saulės elementai sudaro didžiąją SE rinkos dalį (2011 metais c – Si sudarė 83% visų saulės elementų), tačiau visgi pagrindinis šių SE trūkumas – aukštos gamybos, medžiagų ir technologinių procesų kainos, taigi pastaruoju metu siekiant mažinti SE gaminamos energijos kainą, vis daugiau dėmesio skiriama technologinių procesų tobulinimui.

Problematika

Pagrindinė problema, sprendžiama kursiniame darbe yra – silicio saulės elementų technologinio proceso nagrinėjimas, sprendžiant ir nustatant teigiamų bei pakeičiamų grandžių aspektus.

Temos aktualumas

Mokslinei techninei disciplinai žengiant į priekį pasauliniai gamybiniai procesai turi būti ypač mobilūs ir prisitaikantys prie vis besikeičiančių mokslinės techninės pažangos reikalavimų. Pasaulis nuolat diegia vis naujas konstrukcijas, gaminius, technologijas, tačiau visa tai reikalauja gamybinių pokyčių. Taigi, bėgant metams ir keičiantis ekonomikos lygiui buvo susikurtos bendros nuostatos, kad gamybos tobulinimo procesas yra būtinas siekiant sėkmingos veiklos.

"Seneliai" – pirmosios kartos saulės elementai yra gaminami iš silicio plokštelių. Šiandien jie užima daugiau kaip 90 proc. visos pasaulinės fotovoltinių saulės elementų rinkos. Po 2000 m., pasinaudojant pasaulinę mikroelektronikos pramonę ištikusia krize ir dėl jos gerokai atpigus kristaliniam siliciui, ši rinka patyrė tikrą bumą, kurį labai paskatino Japonijos ir Vokietijos vyriausybių politika, skatinanti atsinaujinančių energijos šaltinių plėtrą. Dabar 15 % efektyvumo silicio saulės elementų modulių gamybos kaina yra apie 300 JAV dolerių už m2. Palyginti brangu, ypač jei prisiminsime, kad 1 m2, padengtas tokiu moduliu, vidutiniškai saulėtą dieną tegamins tik apie 100 W galią. Spręsti saulės energijos kainos problemą galima dviem būdais: didinant elementų efektyvumą arba piginant jų gamybą. Šiuo metu jau yra sukurtos technologijos, naudojamos silicio saulės elementams gaminti, turinčios pakankamą efektyvumą, siekiant saulės energetiką panaudoti naudingai.

Darbo objektas – technologiniai procesai silicio saulės elementams gaminti.

Darbo tikslas – išanalizuoti ir įvertinti pagrindinius silicio saulės elementų gamybos technologinius proceso elementus.

Darbo tikslui pasiekti keliami uždaviniai: išanalizuoti silicio saulės elementų gamybos technologinio proceso teorinius aspektus; nustatyti efektyviausios gamybos technologijos sprendimo būdą.

Tyrimo metodai

Sisteminga ir nuosekli metodika, siekiant parengti silicio saulės elementų gamybos technologijų apžvalgą, susitelkti ties pasaulinėmis technologijų tendencijomis bei šiuo metu naudojamomis tehcnologijų rūšimis, yra būtina. Pagrindiniai informacijos rinkimo, esamos situacijos apžvalgai bei mokslinės ir technologinės informacijos įvertinimui, metodai yra:

Internetinės informacijos ir literatūros apžvalga (įskaitant kitas studijas, finansinius duomenis (oficialią statistiką), konferencijų pranešimus, publikacijas ir t.t.

Oficialių Europos Komisijos dokumentų analizė (įskaitant oficialius pranešimus, potvarkius, direktyvas ir strategijas);

Verslo ir pramonės įstaigų apklausos.

Visi duomenys yra svarbūs ir reikalingi siekiant kuo plačiau ir giliau įvertinti esamą situaciją. Rengiant atskirus skyrius pagal skyriaus pobūdį buvo naudojamasi atitinkamais šaltiniais.