Производња соларних ћелија укључује низ влажних хемијских процеса-текстуирања силицијумских плочица у врућим алкалним растворима, чишћење у киселинама и гравирање. Сваки корак захтева прецизну контролу температуре и апсолутну слободу од металне контаминације, која може да убије ефикасност ћелија.Производња соларних ћелија ПТФЕ размењивача топлотерешења су постала неопходна за загревање и хлађење ових агресивних хемијских купатила уз одржавање највиших нивоа чистоће потребних за фотонапонске (ПВ) ћелије.
Преглед соларних влажних процеса који захтевају термичко управљање
Производња соларних ћелија кристалног силицијума укључује неколико мокрих хемијских корака, сваки са специфичним захтевима за температуру и чистоћу.
Алкална текстура (КОХ или НаОХ)
Монокристалне силицијумске плочице су текстуриране у врућим растворима калијум хидроксида (КОХ) или натријум хидроксида (НаОХ) на приближно 80–90 степени. Овај процес ствара насумичну пирамидалну структуру која смањује рефлексију површине и побољшава хватање светлости. Купатило се мора одржавати унутар уског температурног прозора (±0,5 степени до ±1,0 степени) да би се обезбедило једнолично формирање пирамиде. За постизање и одржавање ове температуре потребно је загревање.
Нагризање киселином (ХФ‑ХНО₃)
За мултикристалне плочице или за уклањање оштећења, користи се кисела мешавина флуороводоничне киселине (ХФ) и азотне киселине (ХНО₃). Ова реакција је веома егзотермна. Температура купатила има тенденцију да брзо расте и мора се охладити да би остала у опсегу од 5-15 степени (у зависности од формулације). Прецизно хлађење спречава неконтролисану брзину јеткања и одржава уједначеност плочице.
Кораци чишћења и испирања
Између јеткања и дифузије, плочице се чисте у разблаженим растворима ХФ, СЦ‑1 (НХ₄ОХ + Х₂О₂) или СЦ‑2 (ХЦл + Х₂О₂). Неки кораци чишћења се изводе на повишеним температурама (до 80 степени) како би се побољшало уклањање честица. Други раде на амбијенталним или благо повишеним температурама. Све купке за чишћење не смеју бити металне контаминације.
Улога ПТФЕ измењивача топлоте у сваком процесу
ПТФЕ (политетрафлуороетилен) измењивачи топлоте су уређаји типа за урањање- који преносе топлоту директно у хемијско купатило или из њега. Састоје се од цеви или намотаја направљених од чистог ПТФЕ-а, често са металним грејним језгром (нпр. електрични грејач од титанијума или нерђајућег челика) у потпуности обложеним ПТФЕ-ом, или са ПТФЕ шкољком-и- дизајном за употребу са спољним грејним/хлађеним флуидом.
Грејање купке са текстуром
У линијама за текстурирање КОХ или НаОХ, ПТФЕ измењивачи топлоте обезбеђују ефикасно, уједначено грејање. Измењивач је потопљен у алкално купатило, а медијум за грејање (пара, топла вода или унутрашњи електрични грејач) загрева ПТФЕ површину, која затим преноси топлоту на раствор. Нелепљива површина ПТФЕ-а- спречава накупљање нуспроизвода реакције (нпр. силиката) који би могли да изолују метални грејач. Што је још важније, јони метала не продиру у каду.
Спецификације процеса стриктно ограничавају растворене метале као што су гвожђе, бакар и никл на делове-по-милијарди. Чак и гвожђе у траговима може деловати као центар за рекомбинацију у маси силицијума, смањујући животни век мањинских носача и ефикасност ћелије за неколико процентних поена. ПТФЕ измењивач у потпуности елиминише овај ризик јер је површина за пренос топлоте чисти флуорополимер.
Егзотермне купке за хлађење
ХФ‑ХНО₃ јеткање генерише значајну топлоту. За одржавање температуре купатила између 5 и 15 степени потребно је хлађење. ПТФЕ размењивачи топлоте су повезани на систем охлађене воде или гликола. Хладна течност циркулише кроз ПТФЕ цеви, апсорбујући топлоту из мешавине киселина. ПТФЕ је отпоран на ХФ и ХНО₃ чак и при високим концентрацијама, за разлику од нерђајућег челика (који брзо кородира) или већине метала. Само ПТФЕ, ПФА (перфлуороалкокси) или кварц високе чистоће могу да издрже ове агресивне нагризајуће материје. Кварц је крхак и подложан термичком удару, док ПТФЕ нуди издржљивост и флексибилност дизајна.
Осигурање чистоће у чишћењу купатила
Кораци чишћења (нпр. СЦ‑1 на 70–80 степени) су критични за уклањање трагова метала са површине плочице пре дифузије на високој температури. Било који метал који унесе измењивач топлоте би поново контаминирао плочице. ПТФЕ размењивачи топлоте обезбеђују површину за пренос топлоте у потпуности без метала, обезбеђујући да купка за чишћење остане чиста као и сама хемија.
Зашто је ПТФЕ пожељнији у односу на друге материјале
| Материјал | Компатибилност са КОХ (80-90 степени) | Компатибилност са ХФ‑ХНО₃ | Излуживање металних јона | Погодност |
|---|---|---|---|---|
| Нерђајући челик (316Л) | Умерено (могућа корозија) | Лоше (брзи напад) | Да (Фе, Цр, Ни) | Није прикладно |
| Титанијум | Добро | Лоше (ХФ напади) | Да (Ти јони) | Ограничено |
| Кварц (топљени силицијум) | Добро | Добро | Нема (чисти СиО₂) | Добро али крхко |
| ПТФЕ / ПФА | Одлично | Одлично | Ниједан | Одлично |
ПТФЕ нуди јединствену комбинацију:
Хемијска отпорностна јаке алкалије и јаке киселине у целом пХ опсегу
Термичка стабилностдо 260 степени непрекидно, знатно изнад температуре текстуре од 80-90 степени и опсега јеткања од 5-15 степени
Површина која се{0}}не лепикоји је отпоран на прљање од нуспроизвода реакције (нпр. аморфни силицијум диоксид од текстурирања)
Нулто испирање металних јона, испуњава захтеве за чистоћу на нивоу полупроводника
Дизајн конфигурације за соларну производњу
Два уобичајена ПТФЕ дизајна измењивача топлоте се користе у соларним мокрим клупама.
Иммерсион Цоилс
Намотана или серпентинаста ПТФЕ цев (често са носећим металним оквиром такође обложеном ПТФЕ) је потопљена директно у каду. Топла вода или пара (за грејање) или охлађена вода (за хлађење) протиче кроз унутрашњост цеви. Велика површина завојнице обезбеђује ефикасан пренос топлоте. Више намотаја може се поставити око периметра купатила или дуж зидова резервоара.
Електрични грејачи са ПТФЕ-ом
Електрични грејни елемент (обично направљен од титанијума или инколоја) је потпуно инкапсулиран у ПТФЕ омотачу. Грејач се убацује у каду кроз отвор у зиду резервоара. ПТФЕ омотач штити каду од контакта са металом, истовремено омогућавајући ефикасан пренос топлоте. Такви грејачи се често користе за мање купке за текстурирање или као помоћне јединице за грејање.
Измењивачи шкољке и цеви (спољна циркулација)
У већим производним линијама, течност за купање се пумпа кроз екстерни измењивач топлоте са шкољкама и цевима од ПТФЕ. Корозивна течност тече кроз ПТФЕ цеви, док помоћна течност (пара, топла вода или охлађена вода) тече око цеви унутар металне шкољке обложене ПТФЕ или ПФА. Овај дизајн омогућава веће брзине преноса топлоте и лакше одржавање, али захтева рециркулацијску пумпу.
Кључне предности ПТФЕ измењивача топлоте у производњи соларних ћелија
Следеће предности чине ПТФЕ измењиваче топлоте незаменљивим у модерној ПВ мокрој преради:
Грејање и хлађење без контаминације: Никакви метални јони се не уносе у купке за текстурирање, нагризање или чишћење. Ово директно побољшава животни век мањинског носиоца и ефикасност конверзије ћелија.
Врхунска хемијска отпорност: ПТФЕ издржава концентровани КОХ (30–50%) на 90 степени, као и смеше ХФ-ХНО₃, без деградације.
Равномерна расподела температуре: Флексибилни дизајн ПТФЕ намотаја омогућава постављање дуж зидова резервоара, промовишући циркулацију каде и елиминишући локализоване вруће или хладне тачке.
Отпорност на зарастање: Силикати и други продукти реакције не приањају јако на ПТФЕ, смањујући учесталост одржавања у поређењу са металним или кварцним површинама.
Дуг радни век: ПТФЕ размењивачи топлоте обично трају 5-10 година у непрекидним соларним производним окружењима, док би нерђајући челик отказао за недеље.
Сигурност: Нема ризика од контаминације купатила од производа корозије и нема ризика од кртог лома као код кварца.
Интеграција и контрола процеса
У типичној клупи за влажне соларне ћелије, ПТФЕ измењивачи топлоте су интегрисани са системом за контролу температуре. Термоелемент обложен ПТФЕ или РТД сензор мери температуру купатила. ПЛЦ или ПИД контролер модулира проток течности за грејање или хлађење (или снагу електричног грејача) да би одржао задату вредност.
За купке за егзотермно нагризање неопходна је брза контролна петља за хлађење. Регулатор мора да предвиди пораст температуре и повећа проток охлађене воде кроз ПТФЕ измењивач. Неки системи користе стратегију каскадне контроле са секундарним сензором температуре на излазу измењивача.
Разматрања о одржавању
Иако је ПТФЕ веома издржљив, препоручује се периодична провера:
Проверите да ли има механичких оштећења (посекотина или абразије) на ПТФЕ цевима, посебно близу ивица резервоара или мешалица.
Уклоните сав накупљени силикатни каменац из купки за текстурирање користећи испирање благим киселином (разблажен ХЦл). ПТФЕ омогућава лако чишћење јер се каменац не везује јако.
Проверите да унутрашња течност за грејање или хлађење не цури. Цурење се може открити падом притиска у систему или променама проводљивости у кади.
Закључак
ПТФЕ размењивачи топлоте омогућавају управљање топлотом високе чистоће у производњи соларних ћелија. Они обезбеђују поуздано загревање КОХ/НаОХ купке за текстуру на 80–90 степени и прецизно хлађење егзотермних ХФ‑ХНО₃ купки за јеткање, а све то уз одржавање површине за пренос топлоте у потпуности без метала. Комбинација хемијске отпорности, својстава без обраштања и нултог испирања металних јона директно доприноси већој ефикасности соларних ћелија очувањем животног века мањинских носача. Напредна ПВ производња се ослања на процесну опрему без контаминације, иПроизводња соларних ћелија ПТФЕ размењивача топлотерешења су постала стандардна компонента у мокрим клупама за текстурирање, чишћење и гравирање. Како се индустрија гура ка већој ефикасности и већим форматима вафла, улога ПТФЕ измењивача топлоте у одржавању ултра чистих, прецизно контролисаних мокрих процеса ће само расти.
