produzione di silicio per il fotovoltaico: presente e...

MEMC Electronic Materials SpA - Merano

Produzione di silicio per ilfotovoltaico: presente e futuro

Maria Porrini

Crystal Technology

Merano

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Ingot Wafers Semiconductors Electronics

Semiconductor/Electronics Food Chain

Solar Food Chain

Polysilicon

Ingot Wafers Cells ModulesPolysilicon

MEMC

MEMC

$16 Billion $40 Billion$10 Billion

$12 Billion

~10% CAGR

~40% CAGR

La Società MEMC

MEMC è un leader globale nella produzione e vendita di fette disilicio per i mercati delle applicazioni elettroniche e fotovoltaiche

$250 Billion >$1 Trillion

MEMC Financial Summary

- 3 -- 3 -

St. Peters, Missouri Merano, Italy

Chonan, South Korea

Utsunomiya, Japan

Hsinchu, Taiwan

Kuala Lumpur, Malaysia

Sherman, Texas

Pasadena, Texas

- 3 -

Siti produttivi e uffici vendita

Novara, Italy

Ipoh, Malaysia

Policristallo

Fette

Confidential | January 2010 | P. 3

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Sharp Suntech Conergy

Kyocera QCells RWE Schott

Sanyo Motech Isofoton

GE Mitsubishi Gintech

REC Evergreen JA Solar

Clienti di Riferimento

Commercial:

Residential:

Industrial:Solar farms

Rooftop

RooftopConsumer:

Lighting

Calculators

Supplemental power

Segmenti di mercato

Source: Photon Consulting

La filiera MEMC del fotovoltaico

Solar Food Chain

Ingot Wafers Cells / Modules SystemsPolysilicon

MEMC

Subsidiary:

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Confronto tra diverse tecnologieIl 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

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Il processo produttivo

POLICRISTALLO

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La via chimica per l’ottenimentodi silicio ultra-puro

Carbothemic reduction of quartz:SiO2 + 2 C + energy →→→→ Si + 2 COT = 2000 °C

Chlorosilanes synthesis:2 Si + 7 HCl→→→→ SiHCl3 + SiCl4 + 3 H2 + energyT = 350 °C

Siemens Process:2 SiHCl3 + H2 →→→→ Si + SiCl4 + 2 HCl + H2T > 1000 °C

Silicio metallurgico (MeSi)

98-99%

Clorosilani SiHCl3, SiCl4

99.99999%

Silicio policristallino di gradosolare o elettronico (Si)

99.9999999%

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’elettronicao per applicazioni fotovoltaiche è necessario un complesso processo dipurificazione :

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Tricolorosilano e idrogeno vengono immessi nei reattori

I reattori di produzione del policristallo

La reazione avviene sulla superficie calda (1000°C) delle barrette di silicio, che si accrescono gradualmente.

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Le barre di policristallo al termine del processo

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Le barre di policristallovengono trasportate nelreparto di frantumazione e confezionamento

Frantumazione del policristallo

Le barre vengono frantumate con speciali martelli e ridotte allapezzatura desiderata.

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In sala confezionamento i pezzidi silicio (nugget) vengonoispezionati ad uno ad uno e inseriti in sacchetti di PE.

I sacchetti vengono sigillati. Il policristallo è pronto per essereutilizzato per la produzione dei cristalli(mono e multi)

Confezionamento

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MONOCRISTALLO

Il processo produttivo

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La carica di policristallo èpronta per essere messa nel

puller

I pezzi di policristallo e ildrogante vengono messi in

un crogiolo di quarzo

Preparazione della carica

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Seed

Crystal (Si, s)

Melt (Si ,l)

Heater (C)

Argon inlet (Ar)

Vacuum Exhaust (Ar + SiO)

Optical SystemSeed Cable

Seed Chuck

View Port

Quartz Crucible (SiO2)

Heat Shield (C)

Graphite Susceptor (C)

Crucible Shaft

Wire Reel Rotation System

Il forno di crescita CZ – “Puller”

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Il policristallo viene fuso all’internodel puller

Fusione

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Fasi della crescita del cristallo

Crescita CZ

MEMC CONFIDENTIALTITLE | DATE | P. 17Smontaggio del cristallo

Il monocristallo al termine del processo di crescita

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Il processo produttivo

MULTICRISTALLO

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Metodo di produzione

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Il crogiolo di quarzo

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Il lingotto di silicio multicristallino

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Aspetti chiave

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Mappatura del tempo di vita dei portatori

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Fattori che influenzano l’efficienza

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Controlli qualitativi: vengono prelevati di campioni per la misuradella resistività elettrica, del contenuto di ossigeno e carbonio,

del tempo di vita dei portatori di carica, della perfezi onecristallografica

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Superati i controlli qualitativi, i cristalli sono pron ti per la spedizione agli stabilimenti di produzione delle fette

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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

– Miglioramento dell’efficienza di conversione della fetta

$/watt !

Aumento produttività del processo, uso di materie prime meno costose, pesi carica maggiori

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)

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Grazie per l’attenzione!