Aurinkopaneeleissa käytettävän piin valmistus on monivaiheinen prosessi, jossa puhdistetaan kvartsista saatavaa piitä riittävälle puhtaustasolle. Piin täytyy olla erittäin puhdasta, jotta se toimii tehokkaana puolijohteena. Tässä on vaiheet, joita tarvitaan aurinkopaneeleissa käytettävän ”raakapiin” valmistukseen:

1. Kvartsin louhinta

Aurinkopaneelien valmistukseen käytettävä pii saadaan kvartsista, joka on runsas piidioksidin (SiO₂) lähde. Kvartsia louhitaan kaivoksista, minkä jälkeen se kuljetetaan jalostuslaitokseen.

2. Piidioksidin pelkistäminen metallipiiksi

Louhittu kvartsihiekka sulatetaan yhdessä hiilen kanssa sähköuunissa. Prosessi tunnetaan nimellä karboterminen pelkistys.

• Kvartsihiekka kuumennetaan noin 2000 °C, mikä saa aikaan kemiallisen reaktion piidioksidin ja hiilen välillä.
• Tämän seurauksena syntyy metallista piitä ja sivutuotteena hiilidioksidia.
• Tässä vaiheessa saadaan ns. metallipiitä, joka on kuitenkin vielä vain noin 98–99 % puhdasta.

3. Elektronitason puhdistaminen (polykiteinen pii)

Aurinkokennot vaativat erittäin puhdasta piitä, jonka puhtausaste on vähintään 99,9999 % (6N, eli 6 nines purity). Puhdistus tehdään seuraavasti:

• Klooriprosessi: Metallipii reagoi kloorin kanssa muodostaen nestemäistä trikloorisilaania (SiHCl₃), joka on helpompi puhdistaa tislaamalla.
• Tislaus: Trikloorisilaaneista erotellaan epäpuhtaudet hienotislauksella. Puhdistettu trikloorisilaani kuumennetaan piitangossa vetykaasun kanssa, jolloin siitä saadaan erittäin puhdasta polykiteistä piitä.

4. Monokiteisen piin valmistus

Monokiteinen pii on aurinkokennojen tehokkain puolijohdemateriaali, ja sitä valmistetaan Czochralskin menetelmällä.

• Czochralskin menetelmässä puhdasta polykiteistä piitä sulatetaan ja siihen lisätään ”siemenkide”, joka vedetään hitaasti pois sulasta. Tämä mahdollistaa yksittäisen kiteen kasvamisen, mikä antaa piikiteelle yhtenäisen kiderakenteen.
• Lopputuloksena saadaan suuria monokiteisiä piitankoja, joista voidaan leikata ohuita piikiekkoja aurinkokennojen valmistusta varten.

5. Kiekkojen leikkaaminen

Valmiit piitangot leikataan erittäin ohuiksi kiekoiksi, jotka puhdistetaan ja valmistellaan aurinkokennojen valmistukseen. Tämä on raakapiin viimeinen vaihe, ennen kuin se muutetaan aurinkopaneeliksi.

Nämä vaiheet ovat erittäin energiaintensiivisiä ja vaativat tarkkoja puhdistusmenetelmiä, mutta ne ovat välttämättömiä aurinkopaneelien toimivuuden ja tehokkuuden varmistamiseksi.

Aurinkopaneelin valmistus on monivaiheinen prosessi, jossa jalostetaan raaka-aineista, kuten piistä, valmiita aurinkokennoja ja lopulta aurinkopaneeleita, jotka tuottavat sähköä. Tässä on yleiskuva aurinkopaneelin valmistusprosessista:

1. Piin jalostus

Aurinkopaneelit valmistetaan yleensä pii-pohjaisista kennoista, koska pii on yleinen ja tehokas puolijohde aurinkoenergian muuntamisessa sähköksi.

• Raaka-aineen hankinta: Prosessi alkaa kvartsista, joka muunnetaan piioksidiksi ja sitten metalliseksi piiksi.
• Puhdistus: Metallinen pii puhdistetaan monokiteiseksi tai monikiteiseksi piiksi. Tämä on tärkeää, koska puhtaampi pii lisää kennon tehokkuutta.

2. Piikiekkojen valmistus

• Kiekkojen leikkaus: Puhdistetusta piimateriaalista leikataan ohuita kiekkoja, joita kutsutaan wafer-kiekoiksi. Nämä ovat noin 0,2 mm paksuja ja erittäin hauraita.
• Pintakäsittely: Kiekkojen pintaa käsitellään estämään valon heijastumista ja parantamaan niiden kykyä imeä valoa. Tämä käsittely antaa kiekoille usein sinertävän sävyn.

3. Aurinkokennojen valmistus

• Doppaus: Kiekoille tehdään erityinen käsittely, jossa niihin lisätään aineita (esim. fosforia ja booria) sähköisten ominaisuuksien parantamiseksi. Doppaus luo kennon ylä- ja alapuolelle positiivisen (p-tyypin) ja negatiivisen (n-tyypin) kerroksen, jotka synnyttävät sähkövirran.
• Metallikoskettimien lisäys: Kennoihin kiinnitetään erittäin ohuita metallijohtimia, jotka ohjaavat sähkövirran kennosta ulos. Tämä metalliverkko asennetaan kennon pintaan, ja kennon takaosaan lisätään alumiinikerros.

4. Aurinkopaneelin kokoaminen

• Kennojen yhdistäminen: Aurinkokennot yhdistetään sähköisesti ketjuksi, joka muodostaa moduulin eli aurinkopaneelin. Nämä kennot kytketään sarjaan tai rinnan halutun jännitteen ja virran saavuttamiseksi.
• Laminoiminen: Aurinkokennojen päälle asetetaan erityinen laminaattikalvo, joka suojaa kennoja kosteudelta, mekaaniselta rasitukselta ja ilmansaasteilta. Tämä kerros toimii myös eristeenä.
• Kehys: Paneelin ympärille asennetaan alumiinikehys, joka antaa paneelille rakenteellisen vahvuuden ja mahdollistaa sen kiinnittämisen rakenteisiin.

5. Testaus ja sertifiointi

Valmiit aurinkopaneelit testataan laboratoriossa erilaisissa olosuhteissa niiden sähköisten ominaisuuksien ja kestävyyden varmistamiseksi. Sertifiointi takaa, että paneeli täyttää alan standardit ja kestää sääolosuhteita vuosikymmenten ajan.

Valmiit paneelit pakataan ja lähetetään asennettavaksi, missä ne muutetaan osaksi järjestelmää, joka tuottaa puhdasta sähköä auringon energiasta.