Fotovoltaika

Photovoltaic panels on the roof of Metrohm Headquarters

Technológie využívajúce svetlo sú pre budúcnosť dodávok energie kľúčové.

Od čias napájania vreckových kalkulačiek, má fotovoltaika za sebou dlhú cestu - a víziu svetlej budúcnosti. Je veľmi pravdepodobné, že fotovoltaické články zohrajú hlavnú úlohu v našom energetickom posune k budúcnosti bez emisií uhlíka.

Aj Metrohm chce mať svoj podiel na minimalizácii uhlíkovej stopy a ochrane životného prostredia a prírodných zdrojov pre budúce generácie.

V roku 2016 sme na tejto ambicióznej ceste dosiahli významný míľnik: solárne panely na streche nášho sídla v švajčiarskom Herisau teraz pokrývajú 25% našej spotreby energie.


Kryštalický kremík: Monitorovanie rýchlosti leptania pomocou titrácie a IC

80% všetkých inštalovaných solárnych článkov je vyrobených z kremíka - tzv. prvá generácia solárnych článkov. Každá monokryštalická a polykryštalická kremíková doska prechádza procesom chemického leptania za mokra. Tým získa požadované povrchové vlastnosti na zvýšenie zachytávania svetla. A tu vstupuje do hry Metrohm.

Leptacie roztoky pozostávajú z rôznych kyselín, stabilizátorov, zmáčadiel alebo pufrov, stanovujú povrchovú štruktúru a tým aj účinnosť solárnych článkov. Leptanie kontinuálne zvyšuje množstvo rozpusteného kremíka, čo ovplyvňuje morfológiu povrchu a rýchlosti leptania. Zloženie leptacieho kúpeľa je kľúčom k výrobe efektívnych solárnych článkov. V najnepriaznivejších prostrediach naše prístroje analyzujú zloženie vašich leptacích kúpeľov ...

… termometrickou titráciou

Zmesi leptacích kyselín obsahujúcich HNO3, HF, a H2SiF6 sa dajú v leptacích kremíkových substrátoch analyzovať dvoma možnými stanoveniami. Prvé stanovenie je vlastne priama titrácia s NaOH, a následná spätná titrácia s HCl: výsledkom čoho je obsah H2SiF6 plus hodnota kombinovaného obsahu kyseliny dusičnej a kyseliny fluórovej. Druhé stanovenie pozostáva z titrácie s hliníkom pre stanovenie obsahu HF. Na základe týchto dvoch stanovení softvér vypočíta jednotlivé výsledky pre HNO3, HF, a H2SiF6.

> Ďalšie informácie o 859 Titrotherm

… potenciometrickou titráciou a priamym meraním

Celkový obsah kremíka v leptacích kúpeľoch možno stanoviť aj potenciometrickou titráciou. Stanovenie celkovej a voľnej koncentrácie kyseliny a rozpusteného kremíka sa vykonáva pomocou vodnej acidobázickej titrácie s roztokom NaOH.

Na potenciometrickú titráciu je vhodný pH sklenený senzor Solitrode HF. Vyznačuje sa mimoriadnym odporom v leptacích kúpeľoch s obsahom HF.

> Ďalšie informácie o Solitrode HF

Celkovú koncentráciou fluoridu je možné stanoviť aj pomocou Metrom fluorid-selektívnej elektródy (F-ISE). Rozdiel medzi celkovým obsahom fluoridu a fluoridom viazaným v hexafluorokremičitane určuje obsah kyseliny fluorovodíkovej. Obsah kyseliny dusičnej možno vypočítať z celkového obsahu kyseliny.

> Ďalšie informácie o F-ISE

… iónová chromatografia s dvojitou detekciou

Fluoridy, dusičnany, sírany a acetáty sa stanovujú pomocou detekcie vodivosti po chemickej supresii. Kremík prítomný vo forme hexafluorokremičitanu je identifikovaný spektrofotometricky ako kyselina molybdátokremičiá po derivatizácii v tej istej analýze.

Na stiahnutie

Thin film solárne články: Elektrolytická analýza pomocou voltampérometrie

Thin film solárne články alebo tzv. solárne články druhej generácie sa vyrábajú nanášaním extrémne tenkých vrstiev fotosenzitívnych materiálov na rôzne lacné podklady, ako sú plasty alebo sklo. Táto idea nie je nová: Už v 80-tych rokoch boli solárne články s amorfným kremíkom (a-Si) používané vo vreckových kalkulačkách a hodinkách. Nízku účinnosť a-Si článkov sa snaží kompenzovať veľmi jednoduchá výroba, nízke náklady a tepelný odpor potrebný pri prevádzke v horúcich klimatických pásmach.

Veľmi sľubné sú dalšie dve fotovoltaické thin film technológie s absorpčnými vrstvami medi, india, gália a diselenidu (CIGS) a teluridu kadmia (CdTe). Thin film technológie sú cestou vpred a galvanické pokovovanie je mimoriadne úsporný a pohodlný spôsob výroby solárnych článkov. Voltampérometria umožňuje s vysokou citlivosťou analyzovať hlavné zložky galvanických kúpeľov a prísad:

Články CIS: Voltampérometrická analýza kadmia a tiomočoviny v elektrolytických kúpeľoch

Vysokú absortivitu slnečného žiarenia je možné dosiahnuť pomocou tenkých vrstiev diselenidu medi a india (CIS) prepojených s polovodičovým sulfidom kadmia (CdS), pre efektívny heteroprechod (heterojunction). CdS sa pokovuje v mokrom chemickom procese použitím acetátu kadmia a tiomočoviny. Najprv je Cd2+ adsorbovaný na povrchu. Následne, sulfid uvoľnený počas rozkladu tiomočoviny reaguje s adsorbovanými iónmi Cd2+ ions. Koncentrácie kadmia a tiomočoviny v kúpeli sú precízne kontrolované pomocou voltampérometrie.

Naviac: Okrem heteroprechodu CdS možno voltampérometricky stanoviť aj koncentrácie kovových roztokov a aditív v elektrolytických kúpeľoch, ktoré sa používajú na galvanické pokovovanie vrstvy CIS na molybdén.

Na stiahnutie

CIGS článok: Voltampérometrická analýza Cu, In, Ga a Se (IV) v elektrolytických roztokoch

Keď sa časť gália nahradí indiom, vytvárajú sa solárne články CIGS (copper indium gallium selenide – meď, indium, gálium, selén). CIGS dosiahol míľnik 20% efektívnosti v roku 2008. CIGS články sú najdôležitejšie tenkovrstvé solárne články zložené z tenkej vrstvy sulfidu kadmia (CdS), ktorý tvorí p-n heteroprechod so silnejším CIGS absorbérom Cu(InGa)Se2.

Tenké vrstvy Cu(InGa)Se2 sa pripravujú jednokrokovým galvanickým pokovovaním z nízko koncentrovaných roztokov kovových solí na molybdén. Indium, selén a meď sa v elektrolytoch stanovujú polarografiou pomocou kvapkajúcej ortuťovej elektródy (DME – dropping mercury electrode). Analýza gália sa vykonáva anodickým strippingom pomocou visiacej kvapkajúcej ortuťovej elektródy (HMDE - hanging mercury drop electrode). Ako už bolo spomenuté v kapitole CIS, voltampérometriou sa kontroluje obsah kadmia a tiomočoviny pre pokovovanie sulfidom kadmia.

> Viac informácií o voltampérometrii

Na stiahnutie

Charakterizácia elektrochemických ciel pomocou potenciostatov/ galvanostatov

Potentiostaty/galvanostaty od Metrohm Autolab umožňujú jednoduchú analýzu elektrochemických a fotoelektrochemických procesov vo viacprechodových štruktúrach (multijuncion) protokryštalického kremíka (nC-Si), čierneho kremíka a arsenid gália (GaAs), farbocitlivých (DSC) a organických/polymérových solárnych článkov. Validácia všetkých týchto sľubných fotovoltaických technológií spočíva v množstve elektrochemických meraní z kriviek prúdového a energetického potenciálu na meranie impedancie. Metrohm Autolab poskytuje potrebné prístroje a know-how.

Na stiahnutie

Ďalšie aplikácie a produkty

Optimalizácia parametrov pokovovania s ProcessLab

Pri leptacom procese kryštalického kremíka - leptanie, čistenie, oplachovanie alebo hydrofilizácia - sú pre morfológiu povrchu kľúčové štandardné parametre ako hodnota pH a vodivosť a preto musia byť neustále monitorované. Podľa požiadaviek nakonfigurovaný analyzátor ProcessLab je schopný parametre monitorovať aj nepriaznivých HF prostrediach. Okrem týchto priamych meraní vám ProcessLab umožňuje monitorovať všetky kroky ako alkalické a kyselinové textúrovanie (leptanie), umývanie a čistenie, oplachovanie a hydrofilizáciu.

Ďalšie možnosti aplikácie Ďalšie informácie o ADI 2045PL ProcessLab

Titrácia povrchovo aktívnych látok v leptacích kúpeľoch

Kremíkové solárne články si vyžadujú povrchové textúrovanie – leptanie, aby sa znížili energetické straty spôsobené odrazom. Koncentrácia povrchovo aktívnych činidiel v textúrovacom kúpeli (napríklad dodecylsulfát sodný alebo cetyltrimetyl-amóniumbromid) musí byť prísne kontrolovaná, kedže majú veľký vplyv na povrchovú morfológiu a hrúbku povlaku. Metrohm ponúka niekoľko potenciometrických metód stanovenia aniónových a katiónových povrchovo aktívnych látok.

Neiónové povrchovo aktívne látky Aniónové a katiónové povrchovo aktívne látky

Monitorovanie kúpeľa pomocou NIR spektroskopie

Mokrý chemický proces je pri alkalickom textúrovaní povrchu doštičiek kľúčovým krokom. NIRS spektroskopia umožňuje v kúpeľoch sledovanie koncentrácií napr. hydroxidu, kremičitanu a 2-propanolu v reálnom čase. Táto metóda je veľmi spoľahlivá a rýchla a nevyžaduje žiadny spotrebný materiál.

Online analyzátory NIRS