'/%3E%3C/svg%3E){kind=small}
In het vorige artikel lazen we hoe een silicium ingot in dunne plakjes wordt gezaagd tot een wafer. Een wafer is op dit punt een dun, ultrazuiver stukje silicium — maar het doet nog niets. Schijn je er zonlicht op, dan gebeurt er niets. Voordat een wafer stroom kan opwekken, moet hij eerst worden omgezet naar een zonnecel. De belangrijkste stap daarin is doping.
Waarom geleidt zuiver silicium geen stroom?
Silicium is van zichzelf een slechte geleider. De atomen zijn zo netjes gerangschikt dat er nauwelijks vrije elektronen zijn. En vrije elektronen zijn precies wat je nodig hebt voor stroom — stroom is niets anders dan bewegende elektronen.
Door kleine hoeveelheden van een ander element toe te voegen aan het silicium, verander je dat. Dit heet doping. Het gaat om uiterst kleine hoeveelheden — soms één vreemd atoom per miljard siliciumatomen — maar het effect op de geleidbaarheid is groot.
Twee soorten doping: n-type en p-type
Er worden twee verschillende lagen gemaakt, elk met een ander doping-element.
De eerste laag is n-type silicium. Hiervoor wordt fosfor toegevoegd. Fosfor heeft één elektron meer dan silicium in zijn buitenste schil. Dat extra elektron past niet in de kristalstructuur en kan vrij bewegen. Het resultaat is een laag silicium met een overschot aan vrije elektronen.
De tweede laag is p-type silicium. Hiervoor wordt boor gebruikt. Boor heeft juist één elektron minder dan silicium. Daardoor ontstaan er “gaten” in de structuur — plekken waar een elektron zou kunnen zitten, maar niet zit. Die gaten gedragen zich als positieve ladingen en kunnen ook door het materiaal bewegen.
De p-n junctie: de kern van de zonnecel
Wanneer de n-type en p-type laag tegen elkaar worden geplaatst, ontstaat er op de grens tussen beide lagen een bijzonder gebied: de p-n junctie. Op die grens bewegen elektronen van de n-kant naar de gaten aan de p-kant, totdat er een evenwicht ontstaat. Daarbij bouwt zich een elektrisch veld op.
Dat elektrische veld is de motor van de zonnecel.
Hoe wekt de zonnecel stroom op?
Zonlicht bestaat uit fotonen — kleine energiepakketjes. Wanneer een foton de zonnecel raakt, geeft het zijn energie af aan een elektron in het silicium. Dat elektron komt los en begint te bewegen.
Het elektrische veld van de p-n junctie stuurt dat elektron in één richting. Via metalen contacten aan de voor- en achterkant van de cel stroomt het elektron door een extern circuit — door jouw apparaten — en keert daarna terug. Dat is de stroom die je zonnepaneel opwekt.
Verdere behandeling van de wafer
Na het dopingproces ondergaat de wafer nog een aantal behandelingen voordat hij een volwaardige zonnecel is.
Als eerste krijgt de cel een anti-reflectielaag. Bloot silicium kaatst veel licht terug, wat ten koste gaat van het rendement. Een dunne laag siliciumnitride voorkomt dat. Deze laag geeft zonnecellen ook hun kenmerkende donkerblauwe of zwarte kleur.
Daarna worden de metaalcontacten aangebracht. Op de voorkant zijn dat dunne zilverlijnen — zo dun mogelijk, want elke lijn die licht blokkeert is verloren energie. Op de achterkant zit een bredere metaallaag die de stroom afvoert.
Tot slot wordt de cel gepassiveerd. De randen en het oppervlak worden chemisch behandeld om te voorkomen dat elektronen op de verkeerde plekken ontsnappen. Dit verhoogt het rendement van de cel.
Van wafer naar zonnecel
Na al deze stappen is de wafer een werkende zonnecel. Eén cel wekt ongeveer 0,5 volt op. Meerdere cellen worden aan elkaar geschakeld om een bruikbare hoeveelheid stroom te produceren — hoeveel dat er zijn hangt af van het formaat en type van het eindproduct.
Bij Solinso verwerken we deze zonnecellen in onze zonnedakpannen. Compacter dan een traditioneel zonnepaneel, maar met dezelfde technologie aan de basis — van zandkorrel tot werkende zonnecel.
