De term “groei van kristallen” verwijst naar een belangrijk proces dat betrokken is bij de vervaardiging van het halfgeleidermateriaal dat wordt gebruikt in deze zonnecellen. De kwaliteit van het halfgeleidermateriaal en de eigenschappen van de kristallen die daarin groeien, spelen een cruciale rol in de efficiëntie en prestaties van zonnepanelen. Hier is een uitgebreide uitleg van het groeiproces van kristallen in deze context:

1. Halfgeleidermateriaal voor zonnecellen

Het hart van een zonnepaneel is de fotovoltaïsche zonnecel, meestal gemaakt van halfgeleidermateriaal zoals silicium. Halfgeleiders zijn materialen die eigenschappen hebben die ergens tussen geleiders (zoals metalen) en isolatoren (zoals rubber) liggen. Silicium is het meest gebruikte halfgeleidermateriaal in zonnecellen vanwege zijn beschikbaarheid en geschiktheid voor zonne-energieproductie.

2. Monokristallijn vs. polykristallijn

Er zijn twee belangrijke categorieën halfgeleidermaterialen die worden gebruikt in zonnecellen: monokristallijne en polykristallijne silicium.

• Monokristallijn silicium: Dit materiaal bestaat uit één enkel kristalstructuur. Het wordt geproduceerd door een proces dat bekend staat als het Czochralski-proces of het Float-Zone-proces. Monokristallijne zonnecellen hebben over het algemeen een hoger rendement dan polykristallijne zonnecellen vanwege de zuiverheid van het materiaal en de homogene kristalstructuur.
• Polykristallijn silicium: In tegenstelling tot monokristallijn bestaat polykristallijn silicium uit meerdere kristallen met verschillende oriëntaties. Dit materiaal is gemakkelijker en goedkoper te produceren, maar heeft doorgaans een lager rendement dan monokristallijn.

3. Groei van kristallen

Het groeiproces van kristallen begint met de productie van gesmolten silicium. Deze gesmolten silicium wordt vervolgens geleidelijk afgekoeld onder gecontroleerde omstandigheden. Tijdens het afkoelen vormen zich kristallijne structuren uit de gesmolten massa.

Voor monokristallijne siliciumzonnecellen wordt een kleine monokristallijne silicium “zaad” in de gesmolten silicium geplaatst. Terwijl het zaad geleidelijk wordt opgetrokken, vormt zich een enkele monokristallijne structuur om het zaad heen. Dit proces resulteert in een groot monokristallijn siliciumstaaf, die later wordt gesneden in dunne wafers om individuele zonnecellen te produceren.

Voor polykristallijne zonnecellen wordt de gesmolten silicium direct gegoten in een mal en afgekoeld, waardoor meerdere kristallen ontstaan met verschillende oriëntaties.

4. Verdere verwerking en fabricage

De resulterende kristallen, of ze nu monokristallijn of polykristallijn zijn, worden vervolgens verwerkt tot zonnecellen. Dit omvat het snijden van dunne wafers uit de monokristallijne staaf of het bewerken van de polykristallijne blokken. De wafers worden geëtst, gecoat en van elektrische contacten voorzien om volwaardige zonnecellen te produceren.

Het groeiproces van kristallen in de productie van zonnecellen is van vitaal belang omdat het de kristalstructuur en zuiverheid van het halfgeleidermateriaal beïnvloedt, wat direct van invloed is op de efficiëntie en prestaties van de uiteindelijke zonnepanelen. Innovaties en verbeteringen in dit proces spelen een cruciale rol in de voortdurende ontwikkeling van efficiëntere zonne-energiesystemen.