Produzione di silicio per il fotovoltaico: presente e futuro

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1 MEMC Electronic Materials SpA - Merano Produzione di silicio per il fotovoltaico: presente e futuro Maria Porrini Crystal Technology Merano

2 La Società MEMC MEMC è un leader globale nella produzione e vendita di fette di silicio per i mercati delle applicazioni elettroniche e fotovoltaiche Semiconductor/Electronics Food Chain $12 Billion $250 Billion >$1 Trillion ~10% CAGR MEMC Polysilicon Ingot Wafers Semiconductors Electronics Solar Food Chain $10 Billion $16 Billion $40 Billion ~40% CAGR MEMC Polysilicon Ingot Wafers Cells Modules TITLE DATE P. 2

3 MEMC Financial Summary Siti produttivi e uffici vendita Policristallo Fette St. Peters, Missouri Merano, Italy Novara, Italy Utsunomiya, Japan Chonan, South Korea Hsinchu, Taiwan Sherman, Texas Pasadena, Texas Ipoh, Malaysia Kuala Lumpur, Malaysia Confidential January 2010 P. 3

4 La filiera MEMC del fotovoltaico Subsidiary: Solar Food Chain MEMC Polysilicon Ingot Wafers Cells / Modules Systems Segmenti di mercato Commercial: Rooftop Residential: Rooftop Industrial: Solar farms Consumer: Lighting Calculators Supplemental power Clienti di Riferimento Sharp Suntech Conergy Kyocera QCells RWE Schott Sanyo Motech Isofoton GE Mitsubishi Gintech REC Evergreen JA Solar TITLE DATE P. 4 Source: Photon Consulting

5 Confronto tra diverse tecnologie Il fotovoltaico: Confronto fra diverse tecnologie CIGS: Copper indium gallium diselenide CIS: absorber material copper-indium-sulfide CIS DSC: dye-sensitized solar cell Fonte ENEA: Fonti rinnovabili 2010 TITLE DATE P. 5

6 Il processo produttivo POLICRISTALLO TITLE DATE P. 6

7 La via chimica per l ottenimento di silicio ultra-puro Il silicio è uno degli elementi più comuni in natura, ma per poter conseguire i livelli di purezza minimi necessari per un suo utilizzo nel campo dell elettronica o per applicazioni fotovoltaiche è necessario un complesso processo di purificazione : Silicio metallurgico (MeSi) Carbothemic reduction of quartz: SiO2 + 2 C + energy Si + 2 CO 98-99% T = 2000 C Chlorosilanes synthesis: 2 Si + 7 HCl SiHCl3 + SiCl4 + 3 H2 + energy T = 350 C Clorosilani SiHCl3, SiCl % Siemens Process: 2 SiHCl3 + H2 Si + SiCl4 + 2 HCl + H2 T > 1000 C Silicio policristallino di grado solare o elettronico (Si) % TITLE DATE P. 7

8 I reattori di produzione del policristallo Tricolorosilano e idrogeno vengono immessi nei reattori La reazione avviene sulla superficie calda (1000 C) delle barrette di silicio, che si accrescono gradualmente. TITLE DATE P. 8

9 Le barre di policristallo al termine del processo TITLE DATE P. 9

10 Frantumazione del policristallo Le barre di policristallo vengono trasportate nel reparto di frantumazione e confezionamento Le barre vengono frantumate con speciali martelli e ridotte alla pezzatura desiderata. TITLE DATE P. 10

11 Confezionamento In sala confezionamento i pezzi di silicio (nugget) vengono ispezionati ad uno ad uno e inseriti in sacchetti di PE. I sacchetti vengono sigillati. Il policristallo è pronto per essere utilizzato per la produzione dei cristalli (mono e multi) TITLE DATE P. 11

12 Il processo produttivo MONOCRISTALLO TITLE DATE P. 12

13 Preparazione della carica I pezzi di policristallo e il drogante vengono messi in un crogiolo di quarzo La carica di policristallo è pronta per essere messa nel puller TITLE DATE P. 13

14 Il forno di crescita CZ Puller Wire Reel Rotation System Argon inlet (Ar) Optical System Seed Cable Seed Crystal (Si, s) Melt (Si,l) Heater (C) Seed Chuck View Port Quartz Crucible (SiO2) Heat Shield (C) Graphite Susceptor (C) Crucible Shaft Vacuum Exhaust (Ar + SiO) TITLE DATE P. 14

15 Fusione Il policristallo viene fuso all interno del puller TITLE DATE P. 15

16 Crescita CZ Fasi della crescita del cristallo TITLE DATE P. 16

17 Il monocristallo al termine del processo di crescita Smontaggio del cristallo TITLE DATE P. 17

18 Il processo produttivo MULTICRISTALLO TITLE DATE P. 18

19 Metodo di produzione TITLE DATE P. 19

20 Il crogiolo di quarzo TITLE DATE P. 20

21 Il lingotto di silicio multicristallino TITLE DATE P. 21

22 Aspetti chiave TITLE DATE P. 22

23 Mappatura del tempo di vita dei portatori TITLE DATE P. 23

24 Fattori che influenzano l efficienza TITLE DATE P. 24

25 Controlli qualitativi: vengono prelevati di campioni per la misura della resistività elettrica, del contenuto di ossigeno e carbonio, del tempo di vita dei portatori di carica, della perfezione cristallografica TITLE DATE P. 25

26 Superati i controlli qualitativi, i cristalli sono pronti per la spedizione agli stabilimenti di produzione delle fette TITLE DATE P. 26

27 Prospettive future Il silicio mono- e multi-cristallino sembra destinato a restare ancora per molti anni il materiale di elezione per la produzione di celle fotovoltaiche L evoluzione tecnologica nel settore della produzione di silicio per solare si concentra su due aree fondamentali: Riduzione dei costi di produzione Aumento produttività del processo, uso di materie prime meno costose, pesi carica maggiori Miglioramento dell efficienza di conversione della fetta Riduzione della difettistica per il multi- (dislocazioni, bordi di grano), controllo e riduzione delle impurezze (ossigeno, carbonio, metalli), droganti alternativi al boro per il controllo della conducibilità (Gallio, Fosforo) $/watt! TITLE DATE P. 27

28 Grazie per l attenzione! TITLE DATE P. 28