Monikiteiset piiaurinkokennot ovat tällä hetkellä yleisimmin käytetty aurinkosähkötekniikka. Sen ydinmateriaali on monikiteinen pii, ja monikiteisen piin tuotantoprosessi on tärkeä lenkki koko akun valmistusketjussa. Seuraavassa esitellään yksityiskohtaisesti monikiteisten piiharkkojen valmistusprosessi, mukaan lukien tärkeimmät vaiheet, kuten raaka-aineen valinta, sulatus, jäähdytys ja kiteen muodostus.
1. Raaka-aineiden valinta
Ensimmäinen askel monikiteisten piiharkkojen valmistuksessa on valita erittäin puhtaita piiraaka-aineita. Tavallisesti teollisuuspii (Si) puhdistetaan epäpuhtauksien poistamiseksi, jotta saavutetaan 99,9999 %:n (kuusi yhdeksän) puhtaus. Tällaisen korkean puhtauden saavuttamiseksi tarvitaan yleensä kehittyneitä puhdistustekniikoita, kuten kemiallista höyrypinnoitusta (CVD). Erittäin puhtaiden piiraaka-aineiden valinta on perusta myöhempien monikiteisten piikennojen suorituskyvyn varmistamiselle, koska epäpuhtaudet vaikuttavat kennon valosähköisen muunnostehokkuuteen ja käyttöikään.
2. Sulamisprosessi
Kun on saatu erittäin puhtaita piiraaka-aineita, seuraava vaihe on sulatus. Sulatus suoritetaan yleensä korkean lämpötilan uunissa, jonka lämpötila on jopa 1400 °C. Tämä prosessi vaatii suurta energiankulutusta, joten tehokkaan sähköuunin valinta on avainasemassa. Sulamisprosessin aikana piin kiderakenne rikkoutuu ja siitä tulee nestemäistä piitä. Sulatusprosessin on varmistettava tasainen lämpötila kuplien tai muiden vikojen estämiseksi.
3. Jäähdytys ja jähmettyminen
Sulanut nestemäinen pii on jäähdytettävä vähitellen, jotta se voi kiteytyä uudelleen muodostaen monikiteistä piitä. Jäähtymisen nopeus ja lämpötila ovat kriittisiä, koska ne vaikuttavat lopullisen piiharkon kiderakenteeseen ja laatuun. Jäähdytysprosessin aikana nestemäinen pii alkaa jähmettyä muodostaen alustavan monikiteisen piiharkon. Tämä vaihe suoritetaan yleensä erityisessä jäähdytyslaitteessa tasaisen jäähdytyksen varmistamiseksi.
4. Kiteen muodostuminen
Jäähdytysprosessin aikana piiatomit järjestäytyvät uudelleen muodostaen useita kiteitä yhden kiderakenteen sijaan. Monikiteisten piiharkkojen muodostusprosessiin kuuluu kiteiden kylvö ja kasvu. Jäähdytysprosessin aikana joillekin alueille muodostuu aluksi pieniä kidehiukkasia, ja nämä hiukkaset jatkavat kasvuaan lämpötilan laskeessa muodostaen lopulta täydellisen monikiteisen piiharkon. Kohtuullinen jäähdytysnopeus ja -aika voivat optimoida kiteiden koon ja jakautumisen, mikä parantaa monikiteisen piin suorituskykyä.
5. Piiharkkojen leikkaus ja käsittely
Kun monikiteinen piiharkko on jäähtynyt huoneenlämpötilaan, se on leikattava ohuiksi viipaleiksi käytettäväksi aurinkokennojen valmistuksessa. Tässä prosessissa käytetään yleensä erittäin tarkkaa langanleikkauskonetta sen varmistamiseksi, että leikatun piikiekon paksuus on 180-200 mikronia. Leikkausprosessin aikana vaaditaan huolellista toimintaa materiaalihukan ja levyn vahingoittumisen välttämiseksi.
6. Laaduntarkastus
Piiharkkojen tuotantoprosessissa laadunvalvonta on ratkaisevan tärkeää. Jokainen tuotantolinkki testataan tiukasti sen varmistamiseksi, että piiharkkojen puhtaus, kiderakenne ja fysikaaliset ominaisuudet täyttävät standardit. Yleensä spektrianalyysiä, mikroskooppista havainnointia ja muita menetelmiä käytetään piiharkon kattavaan tarkastukseen sen varmistamiseksi, että se voi osoittaa hyvää suorituskykyä myöhemmässä akun valmistuksessa.
