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Startup will Kosten für Solarzellen halbieren
Twin Creeks-Technologien – ein bis heute im Geheimen operierendes Startup hat eine Methode entwickelt, um dünne Wafer aus kristallinem Silizium herzustellen, die angeblich die Kosten für die Herstellung von Silizium-Solarzellen halbieren könnte. Es hat die Technologie in einer kleinen 25-Megawatt-pro-Jahr-Solarzellenfabrik in Senatobia, Mississippi, demonstriert.
Flexible Leistung: Die 20 Mikrometer dicken metallbeschichteten Siliziumwafer von Twin Creeks sind flexibel und stark.
Siva Sivaram, CEO von Twin Creeks, sagt, dass die Technologie des Unternehmens sowohl die benötigte Siliziummenge als auch die Kosten für die Herstellungsausrüstung reduziert. Er behauptet, das Unternehmen könne Solarzellen für etwa 40 Cent pro Watt herstellen, gegenüber etwa 80 Cent für die billigsten Solarzellen derzeit. Twin Creeks hat 93 Millionen US-Dollar an Risikokapital sowie Darlehen vom Bundesstaat Mississippi und anderen Quellen aufgenommen, die es für den Bau seiner Solarfabrik verwendet hat.
Die konventionelle Methode zur Herstellung der kristallinen Siliziumwafer – die den Großteil der Solarzellen ausmachen – besteht darin, Siliziumblöcke oder -zylinder in 200 Mikrometer dicke Wafer zu schneiden, ein Prozess, bei dem etwa die Hälfte des Siliziums in Abfall umgewandelt wird. Die Industrie verwendet 200-Mikrometer-Wafer, da Wafer, die viel dünner sind, spröde sind und dazu neigen, in der Fertigungslinie zu brechen. Theoretisch könnten sie jedoch nur 20 bis 30 Mikrometer dünn sein und trotzdem genauso effizient oder effizienter Sonnenlicht in Strom umwandeln.
Der Prozess von Twin Creeks macht 20 Mikrometer dicke Wafer weitgehend abfallfrei. Dabei wird eine dünne Metallschicht aufgetragen, die sie haltbar genug macht, um herkömmliche Anlagen zur Verarbeitung von Solarzellen zu überstehen. Sivaram sagt, dass Twin Creeks durch die starke Reduzierung des Einsatzes von Drahtsägen und zugehöriger Ausrüstung und die Herstellung dünnerer Wafer die benötigte Siliziummenge um 90 Prozent reduziert und auch die Kapitalkosten erheblich senkt. Er sagt, dass die Technologie zu bestehenden Produktionslinien hinzugefügt werden kann. Der Hauptplan des Unternehmens besteht darin, Produktionsanlagen zu verkaufen, anstatt Solarzellen herzustellen. Ich gehe davon aus, dass wir im nächsten Jahr um diese Zeit ein halbes Dutzend bis ein Dutzend dieser Tools im Einsatz haben werden, sagt er.
Beschleunigung der Sonnenenergie: Hyperion 3 von Twin Creeks ist ein Ionenbeschleuniger, der Siliziumplatten mit Wasserstoffionen beschoss, um sehr dünne Solarwafer für Solarzellen herzustellen. Die Siliziumplatten sind um die Außenseite der Speichenstruktur herum angeordnet, die sich dreht, wenn die Wafer mit Ionen getroffen werden.
Der Prozess beginnt in einer Vakuumkammer, in der ein hochenergetischer Strahl aus Wasserstoffionen drei Millimeter dicke Scheiben aus kristallinem Silizium bombardiert. Die Ionen sammeln sich in einer genauen Tiefe von 20 Mikrometern an, die durch die Spannung des Strahls gesteuert wird. Sobald sich genügend Ionen angesammelt haben, entfernt ein Roboterarm die Wafer schnell, die dann in einen Ofen gelegt werden, wo die Ionen im Silizium mikroskopisch kleine Wasserstoffbläschen bilden, die sich ausdehnen und winzige Brüche innerhalb des Siliziumwafers verursachen und eine 20-Mikrometer- dicke Silikonschicht zum Abblättern. Auf das dünne Silizium bringt das Unternehmen dann einen Metallrücken auf. (Der proprietäre Prozess, den es verwendet, unterscheidet es von anderen Unternehmen, Astrowatt , was zu ähnlich dünnen Wafern führt . Die Wafer von Astrowatt sind jedoch leicht gekrümmt, was die Handhabung in herkömmlichen Produktionsanlagen erschweren könnte.)
Die Wafer von Twin Creeks sind kompatibel mit konventionellen Solarzellen-Produktionsanlagen und mit Verfahren, die jetzt verwendet werden, um fortschrittliche Solarzellen-Designs, wie beispielsweise Heterojunction-Zellen, herzustellen. Laut Sivaram funktioniert der Wasserstoffionenprozess mit anderen Einkristallmaterialien als Silizium, einschließlich Galliumarsenid, einem Halbleiter, der zur Herstellung von Solarzellen mit Weltrekordwirkungsgrad verwendet wurde.
Die Verwendung eines Ionenstrahls zur Herstellung dünner Wafer aus kristallinem Silizium wurde bereits in Erwägung gezogen, aber es war viel zu teuer, um ein praktisches Herstellungsverfahren zu sein. Es erforderte einen Teilchenbeschleuniger, der Ionenstrahlen mit sehr hohem Strom und sehr hoher Energie erzeugen konnte, und ein solches Biest gab es nicht, sagt Sivaram. Um die Technologie rentabel zu machen, hat Twin Creeks einen Ionenbeschleuniger entwickelt, der zehnmal stärker ist als jeder kommerziell erhältliche Beschleuniger, sagt er.
Das Unternehmen betont zwar, dass die Technologie mit bestehenden Produktionslinien kompatibel ist, erfordert jedoch mindestens eine Änderung. Normalerweise werden Wafer behandelt, um eine raue Oberflächenstruktur zu erzeugen, die ihnen hilft, Licht zu absorbieren, anstatt es zu reflektieren. Die Textur besteht aus Pyramiden, die ungefähr so hoch sind, wie die Twin Creeks-Wafer dick sind, daher ist die Verwendung mit den neuen Wafern nicht praktikabel. Laut Sivaram hat das Unternehmen eine alternative Antireflexionstechnologie implementiert, die es seinen Solarzellen ermöglicht, genauso leistungsfähig zu sein wie solche, die mit dem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden.