Impianti Fotovoltaici

Photovoltaic panels on the roof of Metrohm Headquarters

Le tecnologie basate sulla luce avranno un ruolo cruciale per il futuro dell'approvvigionamento energetico. 

Il fotovoltaico ha percorso una lunga strada dall'alimentazione delle calcolatrici tascabili - e sta guardando verso un futuro luminoso. Probabilmente, le celle fotovoltaiche giocheranno un ruolo da protagonista nel nostro turno di energia per un futuro senza emissioni di carbonio. 

In Metrohm, vogliamo fare la nostra parte per ridurre la nostra emissione di carbonio e la conservazione dell'ambiente e delle risorse naturali per le generazioni future.

 Nel 2016, abbiamo raggiunto una pietra miliare in questo ambizioso cammino: i pannelli solari sul tetto della nostra sede a Herisau, Svizzera, coprono il 25% del nostro fabbisogno energetico.


Silicio cristallino: Monitoraggio di del tasso di incisione“etching” con titolazione e IC

In totale, 80% di tutte le celle solari installate sono fatti di silicio, cosiddette celle solari di prima generazione. Ogni “waffer” di silicio monocristallino e policristallino passa per un processo di incisione “etch” chimica per ottenere le caratteristiche superficiali desiderate in modo a migliorare la cattura della luce. Qui Metrohm entra in gioco.
La soluzioni “etching” comprendono vari acidi, stabilizzanti, agenti bagnanti, o buffer e determinano la struttura superficiale e quindi l'efficienza delle celle solari. Il processo di “Etching” aumenta continuamente la quantità di silicio disciolto, che influenza la morfologia superficiale e il tasso di incisione. La composizione del bagno di testurizzazione è la chiave per la produzione di celle solari efficienti. Negli ambienti più ostili, i nostri strumenti analizzano la composizione dei vostri bagni di testurizzazione con …

… titolazione termometrica

Miscele di acidi contenenti HNO3, HF e H2SiF6 risultanti dal trattamento dei substrati di silicio possono essere analizzati in due determinazioni. La prima comporta una titolazione diretta con NaOH, seguita da una titolazione con HCl. Questa determinazione ci dà il contenuto di H2SiF6 ed il valore del contenuto combinato di acido nitrico e fluoridrico. La seconda determinazione è costituita da una titolazione con alluminio per determinare il contenuto HF. Sulla base di queste due determinazioni, il software calcola i singoli risultati di HNO3, HF, e H2SiF6.

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… titolazione potenziometrica e misura diretta

Il contenuto totale di silicio nei bagni di testurizzazione può essere determinato anche per titolazione potenziometrica. La determinazione della concentrazione singola e totale degli acidi e del silicio disciolto è stata eseguita utilizzando una titolazione acido-base acquosa con una soluzione di NaOH.

Il Solitrode HF è il sensore di vetro di pH appropriato per questo tipo di titolazioni potenziometriche. La sua resistenza straordinaria lo rende ideale per i bagni di testurizzazione che contengano HF.

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In alternativa, la concentrazione totale di fluoro può essere determinata con elettrodi Metrohm fluoro-selettivi (F-ISE). La differenza tra il contenuto di fluoro totale e fluoruro legato in esafluorosilicato fornisce il contenuto di acido fluoridrico. Il contenuto di acido nitrico può essere calcolato dal contenuto di acido totale.

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… cromatografia ionica con doppia rivelazione

Fluoro, nitrato, solfato e acetato sono determinati con la rilevazione condutimetrica dopo soppressione chimica, mentre il silicio presente in forma di esafluorosilicato viene rilevato spettrofotometricamente come acido molibdosilicico dopo derivatizzazione nella stessa analisi.

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Celle solari a pellicola sottile: analisi di elettroliti con voltammetria

Celle solari a pellicola sottile - o di seconda generazione - sono prodotte depositando strati estremamente sottili di materiali fotosensibili su vari substrati economici come plastica o vetro. L'idea è tutt'altro che nuova: già nel 1980, celle solari a silicio amorfo (a-Si) alimentavano le nostre calcolatrici tascabili e orologi. Il tasso di bassa efficienza di a-Si è più che compensata dalla facilità di fabbricazione, dal basso costo e dalla resistenza termica richiesta durante il funzionamento in zone a clima caldo.
Molto promettente sono le altre due tecnologie a film sottile fotovoltaico con gli strati di assorbimento di CIGS (acronimo dall'inglese: copper indium gallium (di)selenide) e tellururo di cadmio (CdTe). La tecnologia a pellicola sottile è la via da seguire e l’elettrodeposizione è un modo estremamente economico e conveniente per la produzione di celle solari. La voltammetria permette di analizzare i principali costituenti dei bagni d’elettrodeposizione e degli additivi con elevata sensibilità:

Celle CIS: analisi voltammetrica di Cd e tiourea nei bagni elettrolitici

Si ottiene un eccellente assorbimento della luce con strati sottili di rame indio diseleniuro (CIS) interfacciato con il solfuro di cadmio (semiconduttori -CdS) per produrre una giunzione efficace. Quest'ultimo viene depositato in un processo chimico utilizzando acetato di cadmio e tiourea, la sorgente per la generazione in situ del solfuro. Innanzitutto, il Cd2+ viene adsorbito sulla superficie, successivamente il solfuro rilasciato durante la decomposizione di tiourea reagisce con gli ioni adsorbiti (Cd2+). Le concentrazioni di cadmio e tiourea nel bagno sono controllati con precisione tramite voltammetria.

Inoltre la voltammetria può essere utilizzata per determinare le concentrazioni delle soluzioni metalliche e additivi nei bagni di elettroplatinatura che vengono utilizzati per l'elettrodeposizione dello strato CIS in molibdeno.

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Cella CIGS: Analisi voltammetrica di Cu, In, Ga, e Se(IV) in soluzioni elettrolitiche

Le celle solari CIGS vengono create sostituendo una percentuale di gallio con l’indio. Questa modifica ha permesso di superare il traguardo di efficienza del 20% nel 2008. Le celle CIGS sono le più importanti celle solari a pellicola sottile, costituite da uno strato sottile di solfuro di cadmio (CdS), che forma la giunzione p-n con l’assorbitore (CIGS - Cu(InGa)Se2).

I film sottili di Cu(InGa)Se2 sono preparati per l’elettrodeposizione nel molibdeno partendo da una soluzioni di sali metallici a bassa concentrazione. La determinazione di indio, selenio e rame negli elettroliti vieni eseguita per polarografia con l'elettrodo a goccia di mercurio (DME). Per l'analisi di gallio, si utilizza la voltammetria di ridissoluzione anodica con l'elettrodo a goccia pendente di mercurio (HMDE). Come già menzionato nel capitolo CSI, con la tecnica voltammetrica possiamo anche controllare la concentrazione di Cd e tiourea nella deposizione del CdS.

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Caratterizzazione della cella elettrochimica utilizzando potenziostati/galvanostati

Potenziostati / galvanostati da Metrohm Autolab consentono l’analisi diretta dei processi elettrochimici e fotoelettrochimici in diversi materiali: protocristallino (nC-Si), silicio nero, arseniuro di gallio (GaAs), celle di Grätzel (DSC) e le celle solari polimeri/organici. La convalida di tutte queste promettenti tecnologie fotovoltaiche coinvolge una miriade di misure elettrochimiche dalle curve a corrente-potenziale (IV) e potenza-potenziale(PV) alle misurazioni d’impedenza. Metrohm Autolab fornisce la strumentazione e il know-how necessario.

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Altre applicazioni e prodotti 

Ottimizzazione dei parametri di rivestimento con il ProcessLab

Non importa quale passo nel processo di testurizzazione di silicio cristallino deve essere monitorato - etching, lavaggio, risciacquo, o idrofilizzazione -, i parametri standard di pH e conducibilità sono cruciali per la morfologia della superficie e devono essere sempre monitorati. L'analizzatore ProcessLab personalizzato farà questo per voi, anche negli ambienti HF più ostili. Oltre a queste misure dirette, il ProcessLab consente di monitorare la testurizzazione alcalina e acida, lavaggio e pulizia, il risciacquo nonché l’idrofilizzazione.

Vedi altri campi di applicazione Maggiori info su ADI 2045PL ProcessLab

Titolazione di tensioattivi in bagni di testurizzazione

Le celle solari di silicio richiedono una superficie frontale strutturata per ridurre le perdite di energia dovute alla riflessione. I tensioattivi nel bagno di testurizzazione (ad esempio, SDS o CTAB) hanno una forte influenza sulla morfologia superficiale e sullo spessore di rivestimento, che è il motivo per cui la loro concentrazione deve essere strettamente controllata. Metrohm offre diversi metodi di determinazione potenziometrici per tensioattivi anionici e cationici.

Tensioattivi non ionici Tensioattivi anionici e cationici

Controllo di processo con la spettroscopia NIR

Il processo chimico per la testurizzazione alcalina della superficie del “wafer” è fondamentale. La spettroscopia NIRS consente il monitoraggio in tempo reale delle concentrazioni del bagno, ad esempio: idrossido, silicato e 2-propanolo. Il metodo è molto affidabile, veloce e non richiede consumabili.

Analizzatori Online NIRS