 Кремниевые пластины являются основой солнечных батарей. Тем не менее, их изготовления не является дешевым. Более 50 процентов чистого кремния, используемого при производстве, обрабатывается в пыль. Новая методика производства, разработанная исследователям Фраунгофера, положит конец этим материальным потерям, обеспечивая экономию сырого материала в 50 процентов, вместе с сокращением расходов на электроэнергию на 80 процентов.
Ключевым компонентом солнечных батарей являются тонкие кремниевые пластины. Производство этих пластин занимает очень много времени, является энергоемким, и, соответственно, дорогим. Более того, около половины кремния теряется при производстве вафель. Текущая цена на поликремний составляет около 15 евро за килограмм, что означает, что за каждый килограмм используемого поликремния около половины этого материала (8 евро) превращается в загрязненный и непригодный кремний. Новая технология, разработанная исследователями института Фраунгофера, позволит избежать почти всех потерь, которые происходят во время обычного производственного процесса.
Для того, чтобы понять, как исследователи добились этого, стоит взглянуть на обычный производственный процесс кремниевых пластин. Этот процесс начинается с необработанного куска кремния. Неочищенный кремний сжижается и очищается путем добавления хлора. Полученный таким образом материал известен как хлорсилан. Если добавляют водород к полученному газу, то он затем снова трансформируется в высокочистый поликремний. Но это не та кристаллическая форма, которая необходима для солнечных элементов. Таким образом, в результате кремний снова распадается, плавится при 1450 градусах Цельсия, выращивается с использованием различных методов и переносится на кремниевые слитки весом от 200 до более чем 1000 килограммов. Из них создаются квадратные блоки, которые в конечном счете встраиваются на небольшие пластины.
Аналогичным образом, в новом процессе исследователи сперва производят хлорсилан, нагревают его до температуры более 1000 градусов по Цельсию и смешивают его с водородом. Они не позволяют кремнию расти беспорядочно, вместо этого они сразу же приводят его в желаемую кристаллическую форму. Это делается с помощью химического осаждения из паровой фазы. Здесь газообразный кремний течет мимо кремниевой пластины и покрывает ее поверхность. Таким образом, пластина выращивает атомный слой над атомным слоем. Для того, чтобы новая пластина легко отделялась от подложки, исследователи представили механическую точку остановки в виде пористого кремния. Эти субстраты могут быть использованы несколько десятков раз. Субстраты не только служат в качестве «опорной плиты, они также обеспечивают необходимую информацию кристаллам. Ведь для солнечных элементов необходим кристалл кремния, в котором атомы расположены в виде регулярной матрицы.
Короче говоря, пластины выращиваются именно так, как хотят исследователи, без необходимости в громоздкой распиловке – процессе, приводящем к отходам почти половины исходного материала. Еще одним преимуществом нового процесса является то, что он позволяет пластинам быть выполненными настолько тонкими, насколько может потребоваться. С обычным процессом, кремниевых пластин должны иметь толщину не менее 150-200 мкм, поскольку в противном случае потери резки будут слишком высокими. Но солнечные элементы могут быть сделаны с гораздо более тонкими пластинами. И чем тоньше пластины, тем дешевле солнечный элемент. Таким образом, новый процесс экономит материал, избегая расточительного производства пластин и позволяет уменьшить их толщину. Эти достижения действительно добавляются, потому что уменьшение стоимости пластины в два раза снижает стоимость всего солнечного модуля на 20 процентов.
|
