211service.com
Nowa technologia produkcji może oznaczać tańsze ogniwa słoneczne
Nowatorski sposób wytwarzania cienkich, jednolitych powłok opracowany na Uniwersytecie Rice może obniżyć koszty wytwarzania konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych i otworzyć drogę dla nowych rodzajów ogniw słonecznych, które są znacznie wydajniejsze lub tańsze niż konwencjonalne.
Maszyna słoneczna: Dyrektor generalny Natcore Technology prezentuje prototyp AR-Box, który wykorzystuje nową technologię osadzania na bazie cieczy do nakładania powłok antyrefleksyjnych.
Technologia, która nakłada powłoki w niskotemperaturowym procesie opartym na cieczy, a nie stosowanym obecnie wysokotemperaturowym procesie opartym na gazie, jest komercjalizowana przez Natcore Technology, start-up w Red Bank w stanie New Jersey. Firma planuje wykorzystać tę technologię do zastąpienia standardowego kroku w konwencjonalnej produkcji ogniw słonecznych – dodania powłoki antyrefleksyjnej do płytek krzemowych, aby pomóc im w pochłanianiu większej ilości światła. Będzie też oferował bardziej zaawansowaną technologię antyodbiciową, zwaną czarnym krzemem.
Jednocześnie Natcore opracowuje bardziej zaawansowane zastosowania tego procesu, w tym wytwarzanie ogniw słonecznych z nanorurek węglowych lub kryształów w nanoskali, zwanych kropkami kwantowymi. Komercjalizacja takich ogniw słonecznych zajmie prawdopodobnie lata, ale może znacznie przewyższyć konwencjonalne ogniwa słoneczne. Nano ogniwa słoneczne były już używane, ale firma uważa, że nowa technologia produkcji może sprawić, że będą one przystępne cenowo.
Jako zamiennik procesów wysokotemperaturowych na konwencjonalnej linii produkcyjnej, proces oparty na cieczy może obniżyć koszty produkcji. Dyrektor generalny Natcore, Charles Provini, szacuje, że zastąpienie konwencjonalnej maszyny do powlekania maszyną jego firmy może zaoszczędzić producentowi energii słonecznej około 1 miliona dolarów rocznie na kosztach energii elektrycznej.
Producenci nie stosują obecnie procesów na bazie cieczy do powłok antyodblaskowych, częściowo dlatego, że trudno było uzyskać wystarczającą jednolitość powłoki dla ogniw słonecznych. Problem wynika ze sposobu, w jaki zwykle działa proces płynny. Powłoka tworzy się, gdy reagenty w cieczy oddziałują z powierzchnią. W miarę zużywania się reagentów zmienia się szybkość osadzania, powodując zmiany grubości powłoki. Badacze z Rice zajęli się tym problemem, opracowując system ciągłego uzupełniania reagentów przy jednoczesnym dokładnym monitorowaniu grubości warstw.
Jeden z zaawansowanych projektów nanoogniw słonecznych firmy Natcore obejmuje osadzanie warstw kropek kwantowych na krzemowym ogniwie słonecznym. Kropki kwantowe są zaprojektowane tak, aby pochłaniały kolory, których nie absorbuje krzem, potencjalnie podwajając wydajność ogniw słonecznych. Próbowano tego już wcześniej, ale utworzenie warstwy kropek kwantowych wymagało kosztownej technologii przetwarzania, a rozmieszczenie kropek kwantowych okazało się trudne, aby uniknąć niepożądanych wyładowań elektrycznych między nimi. Proces Natcore jest niedrogi i zapewnia środki do kontrolowania rozmieszczenia kropek kwantowych poprzez powlekanie ich warstwą dwutlenku krzemu, który działa jak przekładka. Firma zdecydowała się rozpocząć od powlekania konwencjonalnych krzemowych ogniw słonecznych, aby ułatwić przemysłowi przyjęcie tej technologii, ale może ostatecznie zrezygnować z płytek krzemowych w ogniwie słonecznym opartym wyłącznie na kropkach kwantowych, które wykorzystuje więcej niż jeden rodzaj kropka, aby skutecznie pochłaniać cały zakres długości fal w świetle słonecznym.
Inny projekt, nad którym pracuje Natcore wspólnie z firmą Kodak, polega na zastosowaniu procesu osadzania cieczy do powlekania sieci nanorurek węglowych półprzewodnikowym materiałem słonecznym w celu wytworzenia cienkich, elastycznych ogniw słonecznych. Natcore twierdzi, że ogniwa słoneczne wykorzystujące tę konstrukcję mogą być mniej więcej tak wydajne, jak konwencjonalne krzemowe ogniwa słoneczne, ale kosztują mniej więcej o połowę mniej, w dużej mierze dlatego, że można je wykonać przy użyciu tego samego sprzętu, którego używał Kodak do robienia klisz fotograficznych. Ponieważ ogniwa słoneczne byłyby lekkie i elastyczne, byłyby również łatwiejsze w instalacji, co obniżyłoby koszty instalacji o połowę, szacuje Natcore.
Andrew Barron, profesor chemii i materiałoznawstwa na Rice University, który opracował technologię osadzania cieczy, mówi, że projekt nanorurek węglowych jest bliższy komercjalizacji niż ten z kropką kwantową. Twierdzi, że naukowcy wykonali małe prototypowe ogniwa słoneczne – pozostała część prac rozwojowych wiąże się z opracowaniem szczegółów produkcji. Ogniwa słoneczne z kropkami kwantowymi są wciąż na wczesnym etapie – naukowcy tylko do tej pory wykorzystywali proces płynny, aby pokazać, że możliwe jest rozmieszczenie kropek kwantowych w razie potrzeby. Nie zbudowali jeszcze ogniw słonecznych.
Natcore zebrał około 6 milionów dolarów w drodze oferty publicznej na kanadyjskiej giełdzie papierów wartościowych. Podpisał także umowy joint venture z firmami w Chinach i we Włoszech. Firma planuje udzielać licencji na swoją technologię innym, a nie samodzielnie produkować ogniwa słoneczne. Obecnie testuje prototypową wersję maszyny do osadzania cieczy na skalę komercyjną, a Provini twierdzi, że firma ma czterech producentów ogniw słonecznych w kolejce, aby kupić komercyjną wersję maszyny, jeśli firma osiągnie pewne techniczne kamienie milowe.