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MEMC Electronic Materials SpA - Merano
Produzione di silicio per il
fotovoltaico: presente e futuro
Maria Porrini
Crystal Technology
Merano
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
Solar Food Chain
Wafers
Semiconductors
Electronics
$10 Billion
$16 Billion
$40 Billion
Cells
Modules
~40%
CAGR
MEMC
Polysilicon
Ingot
Wafers
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 2
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
-- 33-
-
Confidential | January 2010 | P. 3
La filiera MEMC del fotovoltaico
Subsidiary:
Solar Food Chain
MEMC
Polysilicon
Ingot
Wafers
Segmenti di mercato
Commercial: Consumer:
Lighting
Rooftop
Residential:
Rooftop
Industrial:
Calculators
Supplemental
power
Solar farms
Cells / Modules
Systems
Clienti di Riferimento
Sharp
Suntech
Conergy
Kyocera QCells
RWE Schott
Sanyo
Motech
Isofoton
GE
Mitsubishi Gintech
REC
Evergreen JA Solar
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 4
Source: Photon Consulting
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
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 5
Fonte ENEA: Fonti rinnovabili 2010
Il processo produttivo
POLICRISTALLO
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 6
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:
98-99%
SiO2 + 2 C + energy → Si + 2 CO
T = 2000 °C
Chlorosilanes synthesis:
2 Si + 7 HCl → SiHCl3 + SiCl4 + 3 H2 + energy
T = 350 °C
Siemens Process:
2 SiHCl3 + H2 → Si + SiCl4 + 2 HCl + H2
T > 1000 °C
Clorosilani SiHCl3, SiCl4
99.99999%
Silicio policristallino di grado
solare o elettronico (Si)
99.9999999%
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TITLE | DATE | P. 7
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.
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TITLE | DATE | P. 8
Le barre di policristallo al termine del processo
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 9
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.
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TITLE | DATE | P. 10
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)
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TITLE | DATE | P. 11
Il processo produttivo
MONOCRISTALLO
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 12
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
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TITLE | DATE | P. 13
Il forno di crescita CZ – “Puller”
Wire Reel Rotation
System
Argon inlet (Ar)
Seed Cable
Optical System
Seed
Crystal (Si, s)
Seed Chuck
View Port
Quartz Crucible (SiO2)
Melt (Si ,l)
Heat Shield
Heater (C)
Graphite Susceptor (C)
(C)
Crucible Shaft
Vacuum Exhaust (Ar + SiO)
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TITLE | DATE | P. 14
Fusione
Il policristallo viene fuso all’interno
del puller
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TITLE | DATE | P. 15
Crescita CZ
Fasi della crescita del cristallo
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TITLE | DATE | P. 16
Il monocristallo al termine del processo di crescita
Smontaggio del cristallo
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TITLE | DATE | P. 17
Il processo produttivo
MULTICRISTALLO
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 18
Metodo di produzione
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TITLE | DATE | P. 19
Il crogiolo di quarzo
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TITLE | DATE | P. 20
Il lingotto di silicio multicristallino
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 21
Aspetti chiave
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 22
Mappatura del tempo di vita dei portatori
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 23
Fattori che influenzano l’efficienza
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 24
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
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 25
cristallografica
Superati i controlli qualitativi, i cristalli sono pronti per la
spedizione agli stabilimenti di produzione delle fette
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 26
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 !
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 27
Grazie per l’attenzione!
MEMC CONFIDENTIAL
TITLE | DATE | P. 28