Fotowoltaika

Technologie wykorzystujące światło będą odgrywać fundamentalną rolę dla dostaw energii w niedalekiej przyszłości. 

Znaczenie fotowoltaiki, która kiedyś była stosowana do zasilania w kalkulatorach kieszonkowych, zmieniło się diametralnie na przestrzeni ostatnich lat. Zakłada się, że ogniwa fotowoltaiczne będą odgrywać główną rolę, kiedy nastąpi proces zmian polegających na zmniejszeniu zużycia energii opartej na emisji dwutlenku węgla.

Jako firma, która dba o środowisko naturalne, chcemy zmniejszyć nasze zużycie energii, aby chronić środowisko i zachować naturalne żródła energii dla przyszłych pokoleń.

W 2016 roku wdrożyliśmy nasz przełomowy projekt: 

na dachu głównej siedziby Metrohm w Herisau w Szwajcarii zostały umieszczone panele słoneczne, które dostarczają aż 25% potrzebnej energii dla biura.


Krystaliczny krzem: monitorowanie szybkości trawienia
z wykorzystaniem miareczkowania oraz chromatografii jonowej

Ogólnie rzecz ujmując, 80 % wszystkich zainstalowanych ogniw słonecznych, jest wykonanych z krzemu, tzw. ogniwa słoneczne pierwszej generacji. Każdy monokryształ i polikryształ krzemu przechodzi proces chemicznego trawienia w celu uzyskania pożądanych właściwości powierzchni,
aby zwiększyć możliwości wychwytywania fotonów. W tym miejscu Metrohm wchodzi do gry.

Roztwory trawiące składają się z różnych kwasów, stabilizatorów, środków zwilżających oraz buforów, które determinują strukturę powierzchni,
a tym samym efektywność pracy ogniwa słonecznego.  Trawienie sukcesywnie zwiększa ilość rozpuszczonego krzemu, który wpływa na morfologię struktury oraz szybkość trawienia.  Skład kąpieli trawiącej ma kluczowe znaczenie w kontekście produkcji wydajnych ogniw słonecznych. 
W najbardziej niesprzyjających warunkach, urządzenia firmy Metrohm prowadzą analizy kąpieli trawiących z wykorzystaniem…

...miareczkowania termometrycznego

Kwaśne kąpiele trawiące zawierające HNO3, HF oraz H2SiF6  pochodzące z trawienia substratów krzemowych mogą być analizowane w dwóch oznaczeniach.  Pierwsze oznaczenie polega na bezpośrednim miareczkowaniu za pomocą NaOH, a następnie odwrotne miareczkowanie przy użyciu HCl:  w ten sposób uzyskujemy informację na temat zawartości  H2SiF6 oraz łącznej zawartości kwasów azotowego oraz fluorowego. W drugim oznaczeniu miareczkowanie odbywa się
za pomocą roztworu glinu i prowadzi do oznaczenia zawartości HF. Na podstawie powyższych oznaczeń, oprogramowanie oblicza wyniki dla poszczególnych związków HNO3, HF oraz H2SiF6.

> Dowiedz się więcej na temat 859 Titrotherm

 

 

...miareczkowania potencjometrycznego oraz bezpośredniego pomiaru

Całkowita zawartość krzemu w kąpieli trawiącej może być również oznaczona za pomocą miareczkowania potencjometrycznego. Oznaczenie całkowitej, oraz pojedynczych stężeń poszczególnych kwasów, a także rozpuszczonego krzemu jest przeprowadzane przez miareczkowanie alkacymetryczne z użyciem NaOH jako titranta
w środowisku wodnym. 

Solitrode HF jest doskonałą szklaną elektrodą pH do miareczkowań potencjometrycznych. Z uwagi na jej budowę jest odporna na kwas fluorowodorowy, a tym samym jest dedykowana oznaczeniom kąpieli trawiących.

> Dowiedz się więcej na temat Solitrode HF

Alternatywnie, całkowite steżenie jonów fluorkowych, może być określone dzięki zastosowaniu jonoselektywnej elektrody fluorkowej (F-ISE) od firmy Metrohm.   Różnica między całkowitą zawartośćią fluorków a fluorkami związanymi w formie heksafluorokrzemianu jest wyrażona pośrednio przez oznaczoną zawartość kwasu fluorowodorowego. Zawartość kwasu azotowego może być obliczona
na podstawie całkowitej zawartości kwasów. 

> Dowiedz się więcej na temat F-ISE

…chromatografii jonowej z podwójną detekcją

Fluorki, azotany, siarczany oraz octany mogą być oznaczone na drodze detekcji konduktometrycznej po uprzedniej supresji chemicznej, podczas gdy krzem obecny w formie heksafluorokrzemianu jest oznaczany przy użyciu detekcji spektrofotometrycznej jako kwas molibdeno-krzemowy po wcześniejszej derywaryzacji.

Do pobrania

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne: analiza elektrolitu
za pomocą woltamperometrii

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne drugiej generacji są produkowane przez nanoszenie ultracienkiej warstwy światłoczułych materiałów na różne niskokosztowe produkty, np. plastik lub szkło.   Pomysł wcale nie jest nowy: już w latach 1980, amorficzny krzem (a-Si) w ogniwach słonecznych zasilał kieszonkowe kalkulatory oraz zegarki.   Niski wskaźnik efektywności a-Si jest więc kompensowany przez łatwość produkcji, niskie koszty
oraz odporność termiczną wymaganą podczas użytkowania w gorących strefach klimatycznych. 

Bardzo obiecujące są dwie inne, wiodące technologie ogniw fotowoltaicznych, bazujące na warstwach diselenku miedzi, indu oraz galu (CIGS),
a także  tellurku kadmu (CdTe). Technologia cienkowarstwowa jest właściwym kierunkiem , zaś osadzanie elektrochemiczne jest wysoce ekonomiczną i wygodną drogą prowadzącą do produkcji ogniw słonecznych.  Woltamperometria pozwala na analizę głównych składników kąpieli galwanicznych oraz dodatków z zachowaniem wysokiej czułości.

Ogniwa diselenku miedzi i indu (CIS): Woltamperometryczne analizy kadmu oraz tiomocznika w wannach elektrolitycznych

Doskonała absorbcja światła jest uzyskiwana dzięki cienkim warstwom diselenku miedzi oraz indu (CIS) połączonych z półprzewodnikiem na bazie siarczku kadmu (CdS), wykorzystywanym do produkcji efektywnych heterozłączy. Ostatni związek jest osadzany w reakcji chemicznej przy użyciu kadmu oraz tiomocznika, bezpośredniego źródła tworzenia jonów siarczkowych. W pierwszej kolejności, jony Cd2+  są adsorbowane na powierzchni.  Następnie, jony siarczkowe są uwalniane podczas dekompozycji, w której tiomocznik reaguje z zaadsorbowanymi jonami Cd2+ . Stężenia kadmu oraz tiomocznika w kąpieli są precyzyjnie kontrolowane przez pomiary woltamperometryczne.

Co więcej: Oprócz heterozłączy CdS, woltamperometria może być wykorzystana do oznaczenia  stężeń metali ciężkich oraz dodatków organicznych w kąpielach galwanicznych używanych do elektroosadzania  warstw CIS na molibdenie.

Do pobrania

Ogniwa selenku miedzi, indu oraz galu: Woltamperometryczna analiza Cu, In, Ga oraz Se(IV) roztworach elektrolitycznych.

Domieszkując ind galem, tworzone są ogniwa słoneczne na bazie selenku miedzi, indu oraz galu (CIGS). CIGS zanotowały 20% wydajność, co było kamieniem milowym w 2008 r. Ogniwa CIGS są najważniejszymi cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi, składającymi się z cienkiego filmu siarczku kadmu (CdS), który tworzy heterozłącze p-n z bardziej cienkim absorberem CIGS  Cu(InGa)Se2.

Cienkie filmy w formie Cu(InGa)Se2  są przygotowywane krok po kroku przez elektroosadzenie z roztworu soli metalu o niskim stężeniu
na molibden. Ind, selen oraz miedź w roztworach elektrolitycznych są oznaczane za pomocą polarografii w trybie kapiącej elektrody rtęciowej (DME). Natomiast analiza galu realizowana jest przez anodową woltamperometrię stripingową z wykorzystaniem trybu wiszącej kroplowej elektrody rtęciowej (HMDE).  Jak już zostało wspomniane,
w rozdziale dotyczącym CIS, woltamperometria może być również wykorzystywana do analizy Cd oraz tiomocznika podczas osadzania CdS.

> Dowiedz się więcej na temat woltamperometrii

Downloads

Electrochemical cell characterization using potentiostats/ galvanostats

Potentiostats/galvanostats from Metrohm Autolab enable straightforward analysis of the electrochemical and photoelectrochemical processes in protocrystalline (nC-Si), black silicon, gallium arsenide (GaAs) multijunction, dye-sensitized (DSC), and organic/polymer solar cells. The validation of all these promising PV technologies involves myriads of electrochemical measurements from current-potential (IV) and power-potential (PV) curves to impedance measurements. Metrohm Autolab provides the necessary instrumentation and know-how.

Do pobrania

Inne aplikacje i produkty

Optimizing coating parameters with ProcessLab

Bez znaczenia który krok procesu teksturowania krzemu powinien być monitorowany - trawienie, mycie, płukanie czy hydrofilizacja - podstawowymi parametrami do kontrolowania procesu i uzyskiwania właściwej morfologii powierzchni są pH i przewodnictwo. Wykonywany na zamówienie analizator procesowy zrobi to za Ciebie nawet
w najbardziej nieprzyjaznym środowisku kwaśnym HF. Poza pomiarami bezpośrednimi analizator procesowy będzie mógł też monitorować teksturowanie alkaliczne
i kwaśne, płukanie, mycie oraz procesy hydrofilizacji. 

Zobacz więcej zastosowań Czytaj więcej o analizatorze procesowym 2045TI/PL

Miareczkowanie surfaktantów w kąpielach trawiących

Krzemowe ogniwa słoneczne wymagają wygładzonej powierzchni frontowej w celu ograniczenia strat energii pochodzącej
z odbicia. Surfaktanty obecne w kąpielach trawiących (np. dodecylo siarczan sodu)  mają silny wpływ na morfologię powierzchni oraz grubość warstwy kryjącej, dlatego ich stężenia muszą być dokładnie kontrolowane. Metrohm oferuje kilka metod miareczkowania potencjometrycznego, pozwalających
na oznaczanie anionowych i kationowych związków powierzchniowo czynnych. 

Surfaktanty niejonowe Surfaktanty anionowe i kationowe

Wstępna i końcowa kontrola kąpieli przy użyciu spektroskopii NIR

Etap polegający na chemicznym trawieniu powierzchni przy użyciu alkalicznego roztworu kąpieli trawiącej jest kluczowy. Spektroskopia NIRS pozwala na monitorowanie w czasie rzeczywistym stężenia różnych związków obecnych w kąpieli np. wodorotlenków, , krzemianów oraz 2-propanolu. Jest to bardzo szybka i niezawodna metoda, a ponadto nie wymaga używania odczynników
oraz przygotowania próbki.

Analizatory Procesowe NIRS