211service.com
Jaśniejszy sposób na wytwarzanie ogniw słonecznych
Produkcja ogniw słonecznych polega na poddaniu płytek krzemowych działaniu temperatur przekraczających 1000 °C. Proces zwykle wymaga użycia elementów grzejnych i wymaga dużej ilości energii.
Nowy piec optyczny opracowany przez naukowców z National Renewable Energy Laboratory w Golden w stanie Kolorado podgrzewa wafle słoneczne, skupiając na nich światło — jest to znacznie bardziej wydajny proces, który zużywa około połowy energii w porównaniu z konwencjonalnym piecem. Co ważniejsze, nowy projekt wykorzystuje również światło do usuwania niektórych zanieczyszczeń z płytek krzemowych, co może poprawić moc wyjściową gotowych ogniw.
Prace są na wczesnym etapie – do tej pory naukowcy poprawili wydajność powstałych ogniw słonecznych tylko o pół punktu procentowego. Ale na podstawie testów laboratoryjnych uważają, że mogą zwiększyć wydajność o cztery punkty procentowe, z około 16 procent do 20 procent, co byłoby wielką sprawą w branży fotowoltaicznej, która świętuje nawet półprocentowy wzrost.
Wysokie temperatury są potrzebne na więcej niż jednym etapie produkcji ogniw słonecznych. Piece są używane do wprowadzania domieszek do krzemu w celu wytworzenia pól elektrycznych w materiale, stworzenia styków elektrycznych i utlenienia powierzchni w celu poprawy wydajności. Nowy piec pozwala również na lepszą kontrolę niektórych z tych procesów, co może poprawić wydajność ogniwa słonecznego.
Projekt NREL nie jest jedynym, który wykorzystuje światło do przetwarzania krzemu. Piece do szybkiej obróbki cieplnej, stosowane w przemyśle mikroelektronicznym, wykorzystują również światło do podgrzewania półprzewodników. Jednak nowe piece wykorzystują wysoce odbijającą i żaroodporną ceramikę, aby zapewnić pochłanianie światła tylko przez wafel krzemowy, a nie przez ściany wewnątrz pieca. To sprawia, że jest on wielokrotnie bardziej wydajny, mówi Bhushan Sopori, naukowiec odpowiedzialny za projekt pieca w NREL.
Dzięki precyzyjnemu zaprojektowaniu kształtu wnętrza pieca, naukowcy mogą dokładnie kontrolować, gdzie skupia się światło, zapewniając równomierne nagrzewanie wafli. Nie wystarczy upewnić się, że wafel jest równomiernie oświetlony – krawędzie muszą otrzymać więcej światła, ponieważ tracą ciepło szybciej niż reszta wafla.
Proces ten zmniejsza naprężenia termiczne na waflach i pozwala na precyzyjną kontrolę nad reakcjami chemicznymi, które umożliwia ogrzewanie. Precyzyjna kontrola tempa i czasu ogrzewania może również poprawić styki elektryczne ogniwa słonecznego, poprawiając jego wydajność. Praktyczne jest też wprowadzenie etapu utleniania. Utlenianie jest zwykle stosowane tylko przez kilku producentów w przypadku wysokiej klasy ogniw słonecznych, ale nowy proces uczyniłby go tańszym, a tym samym umożliwiłby jego stosowanie większej liczbie producentów.
Sopori mówi, że NREL opracował procesy, które lepiej wykorzystują efekty fotoniczne niż piece do szybkiej obróbki termicznej. Gdy fotony wchodzą w interakcję z krzemem, mogą powodować przemieszczanie się szkodliwych zanieczyszczeń, takich jak żelazo, przy jednoczesnym zachowaniu korzystnych, takich jak bor, który jest potrzebny do prawidłowego działania ogniwa słonecznego.
Naukowcy nie zdali sobie jeszcze sprawy z całkowitej czteroprocentowej poprawy wydajności, po części dlatego, że nowe etapy przetwarzania nie są kompatybilne z innymi etapami konwencjonalnej produkcji. Sopori mówi, że pracują nad modyfikacją pozostałych kroków, aby w pełni wykorzystać możliwości pieca optycznego.
NREL współpracuje również z Advanced Optical Systems w celu opracowania maszyny, która może przetwarzać nie tylko jeden wafel na raz, jak w wersji laboratoryjnej, ale do 2000. Tak wysoka przepustowość będzie konieczna, jeśli piece mają konkurować z konwencjonalnymi, które są tanie w eksploatacji.