16 января 2015
Производственный метод, который использует свет вместо тепла, требует меньше энергии и делает солнечные батареи более эффективными.
Создание солнечных элементов включает в себя нагрев кремниевых пластин до температуры выше 1000°C. Процесс, как правило, использует нагревательные элементы, требуя много энергии.
Новые оптические печи, разработанные исследователями из Национальной Лаборатории Возобновляемых Источников Энергии в Голден, штат Колорадо, нагревают солнечные пластины, фокусируя на них свет, - это более эффективный процесс, который использует около половины энергии обычной печи. Более того, новый метод использует свет для удаления определенных примесей из кремниевых пластин, - это может улучшить мощность солнечных батарей.
Работа на ранней стадии, - ученые только повысили эффективность готовых солнечных элементов на половину процента. Но, основываясь на лабораторных тестах, они полагают, что смогут увеличить эффективность батарей на четыре процента, - примерно с 16 до 20 процентов эффективности, что было бы большим делом в отрасли солнечной энергетики, которая празднует даже увеличение в половину процента.
Высокие температуры необходимы и для дальнейшего развития производства солнечных элементов. Печи используются для введения легирующих примесей в кремний - для создания электрического поля внутри материала, при создании электрических контактов, и для окисления поверхности - для повышения эффективности. Новая печь лучше управляет некоторыми из этих процессов, повышая эффективность солнечных батарей.
Разработка Национальной Лаборатории Возобновляемой Энергии является не единственной, использующей свет для обработки кремния. Термические печи с быстрой обработкой, применяемые в микроэлектронной промышленности, также используют свет для нагрева полупроводников. Однако новые печи используют жаропрочную керамику с высокой отражающей способностью, в результате свет поглощается только кремниевой пластиной, а не стенами внутри печи. "Это делает платистину во много раз эффективней", - говорит Бушан Сопори, исследователь, отвечающий за проект печи в Национальной Лаборатории Возобновляемой Энергии (NREL).
Благодаря точно спроектированной форме интерьера печи, исследователи могут точно контролировать, где произойдет фокусировка света, обеспечивая равномерный нагрев пластин. Но не достаточно просто убедиться, что пластина равномерно освещается - края должны получать больше света, так как они теряют тепло быстрее, чем остальная часть пластины.
Процесс уменьшает тепловую нагрузку на пластины, и это позволяет точно контролировать химические реакции, которые вызывает это нагревание. Точный контроль времени и температуры нагревания может также улучшить электрические контакты солнечного элемента, повышая его эффективность. И это делает целесообразным ввести стадию окисления. Окисление, как правило, используется лишь немногими производителями для мощных солнечных батарей, но новый процесс сделает окисление дешевле, и позволит большему числу производителей использовать его.
Сопори говорит, что NREL разработала процессы, которые лучше используют фотонные эффекты, чем (обычная) быстрая обработка в термических печах. Во время взаимодействия фотонов с кремнием, первые могут стать причиной вредных примесей, таких как железо, - которое выходит из материала, и сохраняя при этом нужные элементы, такие как бор, который просто необходим для правильного создания солнечных элементов.
Исследователи еще не реализовали повышение эффективности на четыре процента, отчасти потому, что новые шаги обработки не все совместимы с другими шагами в обычном производстве. Сопори говорит, что они работают над изменением других шагов производства, чтобы использовать все преимущества оптической печи.
NREL также работает с Advanced Optical Systems над созданием машины, которая сможет обрабатывать не одну пластину в единицу времени, как в лабораторной версии, но до 2000 пластин. Такая высокая пропускная способность будет необходима для того, чтобы новые печи могли конкурировать с традиционными, которые являются дешевыми в эксплуатации.
http://www.technologyreview.com