Технология удешевления солнечных батарей

Стоимость вырабатываемой солнечными батареями электроэнергии можно снизить вдвое – с 80 центов, составляющих сегодняшний минимум, до 40 центов за ватт. Так утверждает американский стартап, представивший новую технологию обработки кремния. Компанией Twin Creeks Technologies, базирующаяся в Калифорнии, было объявлено о запуске в производство на своем заводе в Миссисипи солнечных батарей, при создании которых будет применена технология изготовления сверхтонких пластин монокристаллического кремния. Теория данного метода не так уж и нова, но заслугой Twin Creeks является то, что они разработали и создали промышленное оборудование, с помощью которого можно будет реализовать эту идею, когда дело дойдет до серийного выпуска батарей. Суть новации состоит в том, что расход кремния на м панели можно сократить аж на 90%, сохранив, при этом, высокий КПД устройства. А, как известно, львиная доля финансовых трат при производстве солнечных батарей приходится именно на чистый кремень и все технологические цепочки, которые он проходит до момента превращения в готовый фотоэлемент. Правда, нужно сказать, что здесь имеют место, как минимум, две проблемы. Во-первых, классические солнечные батареи построены на сравнительно толстом кристаллическом кремнии (порядка 100-300 мкм). Во-вторых, если резать полупроводник на пластины, остается довольно много отходов (бывает, что и половина от начальной массы). Предложения по поводу способов получения ультратонких пластин (например, при помощи специальных пил и лазеров) поступали от ученых и инженеров неоднократно, ведь работа солнечных батарей обеспечивается куда более тонким слоем материала. Но либо способы требовали больших затрат, либо дальнейшее применение готовых пластин оказывалось невозможным по причине их несоответствия существующим производственным линиям – кремень в силу своей хрупкости слишком часто ломался. Но компанию Twin Creeks Technologies это не остановило и в результате ей удалось добиться практически безотходного отрезания листов кремния. С помощью разработанной Twin Creeks технологии теперь можно отрезать листы толщиной всего лишь 20 мкм, что меньше обычного почти в десять раз. К такому результату компания смогла прийти благодаря собственному ускорителю ионов Hyperion 3, совмещенному с объемной вакуумной камерой. Производительность этого аппарата превышает производительность предшественников в десять раз, поскольку одновременно он может облучать достаточно большое количество пластин. Технологический процесс обработки пластин выглядит следующим образом. Из Hyperion 3 на поверхность исходной пластины посылаются с точно рассчитанной энергией ионы водорода (фактически – протоны). Далее происходит проникновение ионов в толщу кремния, где они залегают на глубине 20 мкм, создавая там слой, насыщенный протонами. После этого облученная заготовка нагревается в печи. При нагреве ионы образуют слой микропузырьков водорода. Этот слой и является той самой границей, по которой теперь можно легко отколоть от исходной пластины 20-микрометровый пласт кремния. Остаток материала проходит новый цикл обработки, а всего же с одной материнской пластины кристаллического кремния в итоге выходит 10-14 сверхтонких заготовок. По утверждению Twin Creeks Technologies такой технологический процесс применим и к другим монокристаллическим материалам, например, к арсениду галлия. Это свидетельствует в пользу того, что данная технология имеет все предпосылки для более широкого применения в производственных процессах.