Ограничење контаминације металом у соларној обради силицијума
Соларно{0}}нагризање силикона помоћу мешавине азотне киселине (ХНО₃) и флуороводоничне киселине (ХФ) уклања оштећење тестере и текстурира површине плочице ради задржавања светлости. Контаминација металом у траговима, посебно гвожђем, током овог корака нагризања смањује животни век мањинских носача и ефикасност соларних ћелија. ПФА грејачи пуњени угљеником{3}} нуде побољшану механичку чврстоћу и топлотну проводљивост, али могу извући гвожђе из честица угљеничног пунила у агресивну мешавину киселина. Квантитативна анализа са 12 производних линија соларних ћелија показује да стопе екстракције гвожђа изнад 0,15 уг/цм²·дан смањују ефикасност ћелије за 0,4% до 0,7% апсолутно, док стопе испод 0,05 уг/цм²·дан не показују мерљив утицај на ефикасност у поређењу са непуњеним ПФА.
Механизам за екстракцију гвожђа из ПФА{0}}пуњеног угљеником
ПФА једињења пуњена угљиком{0}} садрже 10% до 25% по маси честица чађе или графита ради побољшања топлотне проводљивости и отпорности на пузање. Комерцијална угљенична пунила инхерентно садрже гвожђе у траговима које потиче од остатака катализатора који се користе у производњи чађе (обично 50 до 500 ппм гвожђа у пунилу). У концентрованим смешама ХНО₃/ХФ, оксидирајућа киселина напада површине угљеника, ослобађајући јоне гвожђа у нагризајуће средство. Тестирање екстракције према СЕМИ Ф57 методологији на 25 степени у 70% ХНО₃/5% ХФ показује да ПФА-пуњена угљеником са 300 ппм гвожђа у пунилу ослобађа гвожђе брзином од 0,12 до 0,28 уг/цм²·дан у зависности од пуњења пунила и квалитета полимера. Непуњени ПФА екстрахује гвожђе у количини од 0,01 до 0,03 уг/цм²·дан из резидуалног катализатора полимеризације, ред величине ниже.
Квалитет пунила и варијабилност отпуштања гвожђа
Стопа екстракције гвожђа из ПФА пуњених угљеником- варира за више од 10 пута између извора пунила. Чађа произведена поступком у пећи садржи 200 до 500 ппм гвожђа из сировина тешког лож уља. Термално црно произведено од природног гаса садржи само 20 до 50 ппм гвожђа. Снабдевачи који користе термално црну постижу стопе екстракције од 0,03 до 0,06 уг/цм²·дан, приближавајући се перформансама непуњених ПФА. Чађе-испране киселином, где се пунило третира са ХЦл пре мешања, смањује садржај гвожђа испод 30 ппм и стопе екстракције испод 0,04 уг/цм²·дан. Произвођачи соларних ћелија треба да захтевају документацију о садржају гвожђа у угљеничним пунилом и историји прања, наводећи максимално 50 ппм гвожђа у пунилу и максималну стопу екстракције од 0,06 уг/цм²·дан у 10% ХФ/70% ХНО₃ на 25 степени према АСТМ Ц871.
Дебљина зида и ефекти површине
Укупно гвожђе екстраховано из ПФА грејача скалира се са влажном површином, а не директно са дебљином зида. Дебљи ПФА зид од истог материјала испуњеног угљеником-садржи више укупног гвожђа у полимерној матрици, али само гвожђе унутар приближно 50 микрона површине је доступно за екстракцију киселине током типичног века трајања купатила за нагризање. Профилисање дубине екстракције узастопним уклањањем површинског слоја показује да након 30 дана у ХНО3/ХФ, екстракција продире 35 до 45 микрона у површину ПФА. За дебљину зида изнад 1,0 мм, брзина екстракције по јединици површине је независна од укупне дебљине зида. Грејач пуњен угљеником од 2,5 мм-извлачи гвожђе истом брзином по квадратном центиметру као и грејач од 1,5 мм идентичног састава. Инжењери који се баве контаминацијом гвожђа не могу смањити екстракцију повећањем дебљине зида; важна је само квалитета пунила и површинска обрада.
Квантитативне границе екстракције гвожђа према типу ћелије
| Технологија соларних ћелија и циљ за ефикасност | Максимална дозвољена брзина екстракције гвожђа (уг/цм²·дан) | Прихватљиви материјали за грејање ПФА | Потребан метод тестирања |
|---|---|---|---|
| Монокристални ПЕРЦ, ефикасност > 22%. | < 0.04 | Непуњени ПФА, термички црни{0}}пуњени (< 30 ppm Fe) | ИЦП-МС након 14-дневног потапања |
| Монокристални стандард, ефикасност 20-22%. | < 0.07 | Чађа-испрана киселином (< 50 ppm Fe) | ИЦП-МС након 14-дневног потапања |
| Мултикристални, < 20% ефикасности | < 0.15 | Стандардна чађа (< 200 ppm Fe with surface seal) | ИЦП-ОЕС након 7-дневног потапања |
| Истраживање/високо образовање, без гаранције ефикасности | < 0.30 | ПФА пуњени комерцијалним угљеником{0}}, било које класе | Није наведено |
Пасивација површине за смањење екстракције гвожђа
За апликације које захтевају механичка својства ПФА са-пуњеним угљеником, али ниску екстракцију гвожђа, третмани површинске пасивације смањују ослобађање гвожђа формирањем слоја баријере. Флуорисање површине ПФА у гасном флуору на 200 степени ствара густ слој флуороугљеника дебљине 2 до 5 микрона који блокира продирање киселине без утицаја на топлотну проводљивост. ПФА пуњен флуорисаним угљеником- показује стопе екстракције гвожђа од 0,02 до 0,04 уг/цм²·дан, што је еквивалентно непуњеном материјалу. Третман плазмом са тетрафлуорометаном постиже сличну пасивизацију, али се може деградирати ако се механички избруси. Пасивиране површине захтевају пажљиво руковање током уградње како би се спречило гребање. Када специфицирате пасивизиране грејаче, потврдите да слој пасивације покрива све влажне површине, укључујући исечене крајеве и прелазе прирубница, пошто необрађене ивице постају жаришта за екстракцију гвожђа и чине 30% до 50% укупног ослобађања гвожђа упркос томе што представљају само 5% површине.
Протокол тестирања за верификацију добављача
Произвођачи соларних ћелија би требало да захтевају од добављача да изврше испитивање екстракције гвожђа на производним{0}}репрезентативним узорцима користећи стварну мешавину киселина и температуру специфичног процеса. Метода испитивања према СЕМИ Ф57 укључује урањање 100 цм² материјала за грејање у 500 мЛ 70% ХНО₃/5% ХФ на 25 степени током 168 сати, са мењањем раствора на свака 24 сата да би се спречило засићење. Анализа масеном спектрометријом индуктивно спрегнуте плазме за обједињени раствор даје просечну брзину екстракције. Прихватљиве стопе за високо{12}}ефикасне монокристалне линије су испод 0,05 уг/цм²·дан. Добављачи који то не могу да постигну са ПФА-пуњеним угљеником треба да понуде непопуњени ПФА или да документују компромис-између побољшања механичких својстава и ризика од контаминације.
Смернице за спецификације за соларне грејаче за купање
За соларно{0}}нагризање силикона за које је потребна ефикасност ћелија изнад 21%, наведите непуњене ПФА грејаче да бисте у потпуности елиминисали ризик од екстракције гвожђа упркос нешто нижој топлотној проводљивости. За апликације које захтевају ПФА пуњену угљеником за отпорност на пузање у условима високог-притиска или термичког циклуса, захтевајте термички црни пунилац са документованим садржајем гвожђа испод 50 ппм и пасивизацијом површинског флуорисања. Комбинација пунила са мало-гвожђа и површинског третмана постиже екстракцију гвожђа испод 0,04 уг/цм²·дан, испуњавајући захтеве за ћелије највеће ефикасности. Када тражите понуде, укључите специфичан састав киселине, температуру купатила и максимално дозвољено додавање гвожђа по серији плочице. Добављачи који су упознати са захтевима соларне индустрије могу да обезбеде податке о испитивању екстракције за своје специфично једињење, а не генеричке спецификације пунила. За нове производне линије, размислите о квалификацији од 500-сата са узорцима купона у стварној кади за нагризање, мерећи акумулацију гвожђа у недељним интервалима да бисте потврдили да екстракција у стабилном стању остаје испод захтеваног прага.
