Насколько низко (и насколько экологично) могут работать солнечные элементы

Jun 07, 2023

Кремниевая пластина NexWafe говорит: прощай, здравствуй, недорогие, легкие и гибкие солнечные элементы.

К

Опубликовано

Экономическое обоснование использования ископаемой энергии балансирует на грани краха, и немецкая компания NexWafe GmbH собирается дать ей последний толчок в пропасть. NexWafe строит новый завод, который будет поставлять на рынок солнечных батарей новые недорогие кремниевые пластины. Чтобы позолотить зеленую лилию, часть экономии средств включает в себя пропил – забавное слово, обозначающее серьезную проблему отходов материалов.

Кремниевые пластины составляют основу кремниевых солнечных элементов, и производители изо всех сил стараются найти более эффективные способы производства пластин. Текущий метод производства включает плавление кремния в массу поликристаллического кремния (также известного как поликремний) и удаление примесей. Затем используется процесс выращивания затравочных кристаллов, называемый методом Чохральского, для «вытягивания» слитков монокристаллического кремния из массы. Наконец, слитки разрезаются на пластины.

Кремниевые пластины также могут быть изготовлены из поликристаллических слитков. Солнечные элементы, изготовленные из поликристаллических пластин, обычно имеют более низкую эффективность преобразования солнечной энергии. С другой стороны, они, как правило, стоят дешевле и в некоторых случаях считаются разумным вариантом.

В любом случае, весь процесс производства пластин требует времени, энергии и денег. Часть денег связана с пропилом, который относится к кремниевым отходам, образующимся при нарезке слитков. Это как опилки, но с кремнием. Производитель оборудования Meyer Burger представил новую алмазную фрезу с уменьшением реза для кремниевых слитков еще в 2014 году, но еще есть возможности для совершенствования.

В этом отношении метод Чохральского восходит к 1915 году и назван в честь его изобретателя, польского ученого Яна Чохральского, который придумал этот процесс, когда он обмакнул перо в чернильницу и вместо этого ударил по расплавленной олову (так говорит Википедия). . Очевидно, что пришло время перемен.

Это подводит нас к NexWafe. Компания только что получила вливание в размере 30 миллионов евро (чуть больше 32 миллионов долларов США) для ускорения работ по строительству производственного объекта коммерческого масштаба, который будет расположен в Биттерфельде, городе в юго-восточной части немецкой земли Саксония. Анхальт. Если все пойдет по плану, появится еще один завод в Саудовской Аравии.

Проект Биттерфельд — это последний шаг на долгом пути исследований и разработок. NexWafe вышла из Института солнечных энергетических систем Фраунгофера ISE еще в 2015 году при поддержке Franhofer Venture. Перед стартапом была поставлена ​​задача внедрить новый метод производства с нулевым разрезом, разработанный исследовательской группой Стефана Ребара за предыдущие 15 лет.

Ребар — соучредитель NexWafe, и вся эта тяжелая работа скоро окупится. Новая пластина без прорези «EpiNex» основана на эпитаксии — методе выращивания кристаллов на подложке. Если подложка съемная, вы получите ультратонкий слой кристаллов желаемой формы и размера без необходимости выполнения этапа резки, вызывающего прорезь.

«Особое внимание в процессе уделяется химическому осаждению из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD) при температурах до 1300°C. Этот процесс хорошо известен из микроэлектроники, но его пришлось радикально адаптировать для фотоэлектрических приложений с точки зрения производительности оборудования», — объяснил Фраунгофер в пресс-релизе 2015 года.

«Стефан Ребер и его команда из 30 человек разработали различные поколения реакторов для осаждения, от очень гибких лабораторных установок периодического типа до больших многокамерных поточных систем с возможностью непрерывного осаждения эпитаксиальных слоев с p- и n-легированием. Фраунгофер продолжил, указав, что p- и n- относятся к двум различным вариантам солнечных батарей.

По данным NexWafe, новая кремниевая пластина без прорези будет стоить на 30% меньше, чем обычные пластины, так что, если это правда.

«Полностью совместимая с традиционным производством солнечных батарей, NexWafe обеспечивает сокращение потребления энергии во время производства на 70%. Непрерывный процесс прямого производства газа в пластину NexWafe также сводит к минимуму отходы, в результате чего пластины на 30% дешевле, чем обычные пластины», — утверждают в компании.