211service.com
En lysere måde at lave solceller på
Fremstilling af solceller involverer at udsætte siliciumskiver for temperaturer på over 1.000 °C. Processen involverer normalt brug af varmeelementer og kræver meget energi.
En ny optisk ovn udviklet af forskere ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, Colorado, opvarmer solwafere ved at fokusere lys på dem - en meget mere effektiv proces, der bruger omkring halvdelen af energien i en konventionel ovn. Endnu vigtigere er det, at det nye design også bruger lys til at fjerne visse urenheder fra siliciumskiverne, et trin, der kan forbedre udgangseffekten af færdige celler.
Arbejdet er på et tidligt tidspunkt – indtil videre har forskerne kun forbedret effektiviteten af de resulterende solceller med et halvt procentpoint. Men baseret på laboratorietests mener de, at de kan øge effektiviteten med fire procentpoint, fra omkring 16 procent effektiv til 20 procent, hvilket ville være en stor ting i solcelleindustrien, som fejrer endda en halv procents stigninger.
Høje temperaturer er nødvendige i mere end et trin under solcellefremstilling. Ovne bruges til at indføre dopingstoffer i silicium for at skabe elektriske felter i materialet, for at skabe elektriske kontakter og til at oxidere overflader for at forbedre effektiviteten. Den nye ovn giver også mulighed for bedre kontrol over nogle af disse processer, hvilket kan forbedre en solcelles effektivitet.
NRELs design er ikke det eneste, der bruger lys til at behandle silicium. Ovne til hurtig termisk behandling, der anvendes i mikroelektronikindustrien, bruger også lys til at opvarme halvledere. Men de nye ovne bruger meget reflekterende og varmebestandig keramik for at sikre, at lyset kun absorberes af en siliciumwafer, ikke af væggene inde i ovnen. Det gør det mange gange mere effektivt, siger Bhushan Sopori, forsker med ansvar for ovnprojektet hos NREL.
Ved præcist at designe formen af det indre af ovnen kan forskerne kontrollere præcis, hvor lyset fokuseres, og sikre, at waferne opvarmes jævnt. Det er ikke nok at sikre, at waferen er jævnt belyst - kanterne skal modtage mere lys, fordi de mister varme hurtigere end resten af waferen.
Processen reducerer termisk stress på waferne, og den giver mulighed for præcis kontrol over de kemiske reaktioner, som opvarmning muliggør. Præcis kontrol af hastighederne og timingen af opvarmningen kan også forbedre de elektriske kontakter på solcellen og forbedre dens effektivitet. Og det gør det praktisk at indføre et oxidationstrin. Oxidation er typisk kun blevet brugt af få producenter til high-end solceller, men den nye proces ville gøre det billigere og dermed give flere producenter mulighed for at bruge det.
Sopori siger, at NREL har udviklet processer, der udnytter fotoniske effekter bedre end de hurtige termiske behandlingsovne. Da fotoner interagerer med silicium, kan de få skadelige urenheder såsom jern til at bevæge sig ud af materialet, mens de bevarer fordelagtige såsom bor, som er nødvendigt for at solcellen kan fungere korrekt.
Forskerne har endnu ikke indset den fuldstændige forbedring på fire procentpoint i effektivitet, delvist fordi de nye behandlingstrin ikke alle er kompatible med andre trin i konventionel fremstilling. Sopori siger, at de arbejder på at ændre de andre trin for at drage fuld fordel af den optiske ovn.
NREL arbejder også sammen med Advanced Optical Systems om at udvikle en maskine, der ikke kun kan behandle en wafer ad gangen, som med laboratorieversionen, men op til 2.000. Så høj gennemstrømning vil være nødvendig, hvis ovnene skal konkurrere med konventionelle, som er billige i drift.