Fotovoltaïsche zonne-energie

solar panels top roof Metrohm HQ building

Licht gebaseerde technologieën zullen een cruciale rol spelen in toekomstige energievoorziening.

Fotovoltaïsche zonne-energie tot aan het voeden van zakrekenmachines heeft een lange weg afgelegd en ziet een mooie toekomst tegemoet. Ongetwijfeld zullen fotovoltaïsche cellen een hoofdrol spelen bij onze energievoorziening en de overgang naar een koolstofvrije toekomst.

Bij Metrohm willen we ons steentje bijdragen aan het minimaliseren van onze ecologische voetafdruk, beschermen van het milieu en bewaren van natuurlijke hulpbronnen voor toekomstige generaties.

In 2016 hebben we een belangrijke mijlpaal bereikt op deze ambitieuze reis. De zonnepanelen op het dak van ons hoofdkantoor in Herisau, Zwitserland dekt nu 25% van onze energiebehoefte.


Kristallijn silicium: Monitoring van etssnelheid met titratie en IC

Zo’n 80% van alle geïnstalleerde zonnecellen is gemaakt van silicium. Bij de productie van deze eerste-generatie zonnecellen ondergaat iedere monokristallijne en polykristallijne silicium wafer een natchemische etsstap om de gewenste oppervlakte-eigenschappen te verkrijgen om het licht beter te vangen. Hier komt Metrohm in het spel.

De etsoplossingen bestaan uit verschillende zuren, stabilisatoren, bevochtigingsmiddelen of buffers. Ze zijn bepalend voor de oppervlaktestructuur en daarmee het rendement van de zonnecellen. Bij het etsen neemt de hoeveelheid opgelost silicium continu toe, wat de oppervlaktemorfologie en de etssnelheden beïnvloedt. De samenstelling van het etsbad is essentieel voor het produceren van efficiënte zonnecellen. In de meest agressieve omgevingen analyseren onze instrumenten de samenstelling van uw etsbaden met ...

… thermometrische titratie

Zure etsmengsels met HNO3, HF, en H2SiF6 door het etsen van de siliciumsubstraten, kunnen worden geanalyseerd in twee bepalingen. De eerste bepaling is een directe titratie met NaOH, gevolgd door terugtitratie met HCl. Deze bepaling geeft het H2SiF6-gehalte plus een waarde voor het gecombineerde gehalte van salpeterzuur en waterstoffluoride. De tweede bepaling bestaat uit een titratie met aluminium om het HF-gehalte te bepalen. Op basis van deze twee bepalingen, berekent de software de afzonderlijke resultaten voor HNO3, HF, en H2SiF6.

> Lees meer over de 859 Titrotherm

… potentiometrische titratie en directe meting

Het totale siliciumgehalte in het etsbad kan ook worden bepaald met potentiometrische titratie. De bepaling van de totale en enkelvoudige zuurconcentratie en van het opgeloste silicium wordt uitgevoerd aan de hand van een waterige zuur-base titratie met NaOH-oplossing.

De Solitrode HF is de geschikte pH glassensor voor potentiometrische titratie. Hij heeft een buitengewone weerstand tegen de agressieve HF-bevattende etsbaden.

> Lees meer over de Solitrode HF

De totale fluorideconcentratie kan ook worden bepaald met de Metrohm fluoride-selectieve elektrode (F-ISE). Het verschil tussen het totale fluoridegehalte en het in hexafluorsilicaat gebonden fluoride resulteert in het waterstoffluoridegehalte. Het salpeterzuurgehalte kan worden berekend uit het totale zuurgehalte.

> Lees meer over de F-ISE

… ionchromatografie met tweevoudige detectie

Fluoride, nitraat, sulfaat en acetaat worden bepaald met geleidbaarhedsdetectie na chemische suppressie, terwijl het silicium dat aanwezig is in de vorm van hexafluorsilicaat spectrofotometrisch wordt gedetecteerd als molybdosiliciumzuur na derivatisering in dezelfde analyse.

Downloads

Dunne-film zonnecellen: Elektrolyt analyse met voltammetrie

Dunne-film – of tweede generatie – zonnecellen worden geproduceerd door het afzetten van extreem dunne lagen van lichtgevoelige materialen op diverse goedkope substraten, zoals plastic of glas. Het idee is allesbehalve nieuw. Al in de jaren tachtig van de vorige eeuw leverden amorfe silicium (a-Si) zonnecellen elektrisch vermogen voor onze zakrekenmachines en horloges. Het lage rendement van a-Si wordt ruimschoots gecompenseerd door het gemak van produceren, de lage kosten en de thermische weerstand die tijdens bedrijf vereist is in warme klimaatzones.

Veelbelovend zijn twee andere reguliere dunne-film PV-technologieën met absorptielagen van koperindiumgalliumdiselenide (CIGS) en cadmiumtelluride (CdTe). Dunne-film technologie heeft de toekomst, en elektrodepositie is een uiterst goedkope en handige manier om zonnecellen te produceren. Met voltammetrie kunt u de belangrijkste bestanddelen van elektrolytische baden en additieven met een hoge gevoeligheid analyseren:

CIS cellen: Voltammetrische analyse van Cd and thio-ureum in elektrolytische baden

Uitstekende lichtabsorptie wordt bereikt met dunne lagen van koperindiumdiselenide (CIS) die door koppeling met de halfgeleider cadmiumsulfide (CdS) tot een effectieve heterojunctie leiden. Laatstgenoemde laag wordt aangebracht in een natchemisch proces met gebruik van cadmiumacetaat en thio-ureum, de bron voor het in situ genereren van sulfide. Eerst wordt Cd2+ geadsorbeerd op het oppervlak. Vervolgens reageert het sulfide dat vrijkomt bij de afbraak van thio-ureum met de geadsorbeerde Cd2+-ionen. Cadmium- en thio-ureum-concentraties in het bad worden nauwkeurig gecontroleerd met voltammetrie.

En er is meer. Naast de CdS heterojunctie kan voltammetrie ook worden gebruikt om de concentraties te bepalen van de metaaloplossingen en additieven in de galvaniseerbaden die worden gebruikt voor de elektrodepositie van de CIS-laag op molybdeen.

Downloads

CIGS cel: Voltammetrische analyse van Cu, In, Ga en Se(IV) in elektrolyt oplossingen

Door wat indium door gallium te vervangen, kunnen koperindiumgalliumselenium (CIGS) zonnecellen worden gemaakt. CIGS passeerde in 2008 de mijlpaal van 20 % rendement. CIGS cellen zijn de belangrijkste dunne-film zonnecellen. Ze bestaan uit een dunne laag van cadmium sulfide (CdS) dat een p-n heterojunctie vormt met de dikkere CIGS absorber Cu(InGa)Se2.
Cu(InGa)Se2 dunne-films worden gemaakt door een eenstaps elektrodepositie van laaggeconcentreerde metaalzoutoplossingen op molybdeen. Indium, selenium en koper in de elektrolyten worden bepaald met polarografie aan de druppelende kwikelektrode (DME). Voor galliumanalyse wordt gebruik gemaakt van anodic stripping op de hangende kwikdruppelelektrode (HMDE). Zoals reeds bij CIS beschreven, kan met voltammetrie ook het Cd- en thio-ureum-gehalte voor CdS-depositie worden gecontroleerd.

> Lees meer over voltammetrie

Downloads

Karakterisering van elektrochemische cellen met potentiostaten/galvanostaten

Autolab Potentiostaat

Potentiostaten/galvanostaten van Metrohm Autolab maken eenvoudig analyse mogelijk van de elektrochemische en foto-elektrochemische processen in protokristallijne (NC-Si)-, zwart silicium-, galliumarsenide (GaAs) multi-junctie-, kleurstofgesensibiliseerde (DSC)- en organische/polymere zonnecellen. De validatie van al deze veelbelovende PV-technologieën vereist talloze elektrochemische metingen, van stroom-spanning (IV) en vermogen-spanning (PV) curves tot impedantiemetingen. Metrohm Autolab levert de benodigde instrumentatie en know-how.

Downloads

Verdere toepassingen en producten

Optimaliseren van coating parameters met ProcessLab

Ongeacht welk stap in het etsproces van kristallijn silicium moet worden gecontroleerd – etsen, wassen, spoelen of hydrofiel maken –, de standaard parameters pH-waarde en geleidbaarheid zijn cruciaal voor de oppervlaktemorfologie en moeten altijd worden gecontroleerd. De hiervoor speciaal aangepaste ProcessLab analyzer zal dit voor u doen, zelfs in de meest agressieve HF-omgevingen. Naast deze directe metingen, kunt u met de ProcessLab alle alkalische en zure ets-, was- en schoonmaakstappen, alsmede spoelen en hydrofiel maken monitoren.

Bekijk meer toepassingsgebieden Lees meer over de ADI 2045PL ProcessLab

Titratie van oppervlakte-actieve stoffen in etsbaden

Silicium zonnecellen vereisen een opgeruwde voorkant om energieverlies ten gevolge van reflectie te verminderen. Oppervlakte-actieve stoffen in het etsbad (bijvoorbeeld natriumdodecylsulfaat of cetyltrimethylammoniumbromide) hebben een sterke invloed op de oppervlaktemorfologie en dikte van de coating. Daarom moet de concentratie ervan strikt worden gecontroleerd. Metrohm biedt verschillende potentiometrische bepalingsmethoden voor anionische en kationische oppervlakte-actieve stoffen.

Niet-ionische oppervlakte-actieve stoffen Anionische en kationische oppervlakte-actieve stoffen

Front-end bad controle met NIR spectroscopie

De natchemische stap voor het alkalisch etsen van het wafer-oppervlak is cruciaal. Met NIR-spectroscopie is het mogelijk de badconcentraties van bijvoorbeeld hydroxide, silicaat en 2-propanol realtime te monitoren. Deze methode is zeer betrouwbaar en snel en vereist geen consumables.

Online NIRS analyzers