От песка к солнечным панелям: история производства солнечных панелей

iStock/Alexsl

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

2023. Мир стремится перейти на более устойчивые источники энергии и снизить зависимость от ископаемого топлива. В результате возобновляемая энергетика становится все более популярной. Фактически, международная аудиторская фирма BDO Global прогнозирует, что к 2024 году почти 33 процента мировой электроэнергии будет производиться из возобновляемых источников.

Солнечная энергия, в частности, является одним из наиболее перспективных вариантов экологически чистой энергии, и ее использование быстро растет во всем мире. Некоторые источники сообщают, что солнечная энергия сейчас составляет более половины новых генерирующих мощностей в США.

В этом контексте актуально более близкое знакомство с солнечными панелями. Один из самых удивительных фактов о них заключается в том, что они на самом деле сделаны из песка. Но как песок превращается в солнечные батареи?

Вот все, что вам нужно знать о технологии кремниевой фотоэлектрической технологии.

Песок является одним из основных сырьевых материалов при производстве солнечных батарей.

В отличие от другого сырья, песок довольно обычный и широко доступен в большинстве частей мира. Хотя оно не бесконечно. По данным CNBC, песок является наиболее потребляемым природным ресурсом после воды, и в ближайшее время может возникнуть нехватка песка.

Это связано не с производством солнечных панелей, а с тем, что строительный сектор испытывает высокий спрос на песок. Ведь песок используется в качестве мелкого заполнителя при производстве бетона.

iStock/AJ_Watt

Песок также является одним из основных материалов для изготовления стекол в наших окнах и экранах наших смартфонов, а также одним из материалов для кремниевых чипов в телефонах, компьютерах и других электронных устройствах.

Песок обладает рядом свойств, которые делают его подходящим для всех этих применений:

Песок состоит из зерен, и эти зерна могут заполнять пустоты в частицах цемента, поэтому его смешивают с гравием для получения бетона. Песок обеспечивает структурную прочность бетона.

Высокое содержание кремнезема в песке позволяет ему плавиться при высоких температурах и образовывать расплавленное стекло. При охлаждении стекло сохраняет прозрачность, обеспечивая пропускание света, защиту и изоляцию.

Кристаллическая структура кремния, полученная из песка, обладает уникальными полупроводниковыми свойствами, которые позволяют контролировать поток электрических токов, поэтому кремний присутствует в электронных устройствах. Это ключевой компонент диодов, транзисторов и схем.

Однако, в частности, при производстве солнечных батарей подойдет не любой песок. Используемый песок должен иметь высокое содержание диоксида кремния. Это важно, поскольку диоксид кремния является основным источником кремния и необходим при производстве пластин, как мы объясним ниже.

Для строительства солнечных батарей богатый кремнеземом песок необходимо добывать из природных месторождений, таких как песчаные шахты или карьеры, где песок часто состоит из кварца, формы кристаллического кремнезема.

Песок промывают для удаления примесей, таких как глина, органические вещества и другие минералы. Затем его очищают методами химической обработки. Одним из распространенных методов является кислотное выщелачивание, при котором песок смешивается с раствором кислоты, например серной кислоты, для растворения примесей и отделения кремнезема.

После этого кремнезем нагревают при высоких температурах, обычно в печи, чтобы удалить любые остаточные органические материалы и превратить его в кремнезем высокой чистоты.

Кремнезем высокой чистоты является ключом к производству поликремния, также известного как поликристаллический кремний. Эта форма кремния высокой чистоты используется в качестве сырья для солнечных элементов.

Для его получения очищенный кварцевый песок смешивают с богатыми углеродом материалами, такими как уголь или нефтяной кокс. После этого смесь подвергается воздействию потока газообразного хлора при высоких температурах, образуя трихлорсилан (SiHCl3). Этот процесс называется хлорированием.

iStock/Рауф Каримов

Трихлорсилан, полученный в результате хлорирования, подвергается дальнейшей переработке с помощью методов дистилляции и очистки. В процессе дистилляции трихлорсилан нагревают для разделения на компоненты. Очищенный трихлорсилан снова превращается в кремний очень высокой чистоты путем реакции с газообразным водородом (H2). Результатом этого процесса является поликремний.