Солнечная энергетика » Солнечные батареи

Американский стартап объединил кристаллизацию кремния и изготовление солнечных батарей в один техпроцесс, что исключило весьма энергоёмкие части технологической цепочки. Кроме того, используя новый метод, компания поставила очередной рекорд тонкости солнечных батарей, уменьшив толщину кремниевого слоя на них до 5 микрометров.

 

В последние годы прогресс в производстве дешёвых солнечных батарей резко ускорился: все наблюдатели сходятся во мнении, что мы стоим на пороге революции в этой области. Но кто станет первым? Недавно мы писали о новом подходе к традиционным и, казалось бы, широко известным кремниевым солнечным батареям: из 200 мкм кремния на фотоэлементе используется лишь 10%, и исключение из производственного цикла остальных 180 мкм серьёзно влияет на стоимость конечного продукта, ведь сегодня половина его цены — это монокристаллический кремний.

 

Но есть и те, кто пошёл дальше идеи сделать фотоэлементы в 20 мкм толщиной. Американский стартап Ampulse задумался о том, почему кристаллический кремний вообще столь дорог. Сегодня его получают по такой схеме:

 

 

 

Компания Ampulse взялась изменить саму технологическую цепочку, выкинув из неё «ненужные этапы» при помощи совершенно нового способа производства фотоэлементов из кремния.

 

Для выработки чистого кремния вместо нагрева (до 1 500 ?С) газообразного SiHCL3 или SiH4 и получаемых при этом кремниевых полуфабрикатов с последующей распилкой заготовок до нужных размеров (когда на стружку теряется около половины заготовки) авторы предложили напрямую осаждать кремний из вышеперечисленных газов посредством химического парофазного осаждения кремния (ХПО-ГП, Hot Wire Chemical Vapor Deposition) непосредственно на тонкую металлическую подложку фотоэлемента. При этом раскалённая вольфрамовая нить, похожая на обычную нить лампы накаливания, нагревает газообразный SiHCL3 (или SiH4) в герметичной камере всего до 700 ?С, после чего газ разлагается, оставляя на тонкой металлической плёнке внизу камеры слой от 5 до 10 мкм (!) кремния, что в 2–4 раза меньше, чем у ближайших конкурентов.

 

Прежде методика ХПО-ГП использовалась для создания фотоэлементов на базе аморфного кремния, однако КПД таких батарей значительно ниже, чем у основанных на кристаллическом кремнии. Для правильного формирования кристаллов осаждающегося кремния Ampulse использует инновационную подложку — катаный текстурированный по двум осям слой лёгкого сплава, на котором и происходит упорядоченный эпитаксиальный рост кристаллов из осаждаемого вещества.

 

Хотя максимально эффективны именно батареи со слоем в 20 мкм, расчёты Ampulse показали, что сокращение толщины слоя до 10 мкм вызывает падение КПД всего на 10–15%, а до 5 мкм — лишь на 30%. Так, при 5-микрометровом слое кремния КПД фотоэлемента составляет 12%, а при 10 мкм — 18,5% (данные, разумеется, лабораторные). Себестоимость же падает в гораздо большей степени, что делает экономически выгодной работу с более тонкими слоями. Нет нужды говорить о том, что отсутствие чрезвычайно энергоёмкого традиционного процесса получения чистого кремния и замена его на одноступенчатый ХПО-ГП означает серьёзное удешевление получаемых солнечных батарей.

 

 

Что в результате? Ampulse столкнётся с жесточайшей конкуренцией: сегодня солнечная энергетика — настоящее поле битвы самых разных конкурирующих технологий. Но у этой фирмы есть серьёзный козырь: она декларирует себестоимость производимых ею фотоэлементов на уровне менее $500 за киловатт мощности (при КПД в 18%). Это значительно меньше, чем у арсенид-галлиевых элементов и органических солнечных батарей. Хотя есть производители, собирающиеся побить даже этот ценовой рекорд, для КПД в 18,5% этого пока ещё никому не удалось.

 

www.computerra.ru со ссылкой на Technology Review