211service.com
Startup streeft ernaar de kosten van zonnecellen te halveren
Twin Creeks-technologieën - een startup die tot op de dag van vandaag in het geheim opereert - heeft een manier ontwikkeld om dunne wafels van kristallijn silicium te maken waarvan het zegt dat het de kosten van het maken van siliciumzonnecellen zou kunnen halveren. Het heeft de technologie gedemonstreerd in een kleine zonnecelfabriek van 25 megawatt per jaar in Senatobia, Mississippi.
Flexibel vermogen: De 20 micrometer dikke, met metaal gecoate siliciumwafels van Twin Creeks zijn flexibel en sterk.
Siva Sivaram, de CEO van Twin Creeks, zegt dat de technologie van het bedrijf zowel de benodigde hoeveelheid silicium als de kosten van de productieapparatuur vermindert. Hij beweert dat het bedrijf zonnecellen kan produceren voor ongeveer 40 cent per watt, vergeleken met ongeveer 80 cent voor de goedkoopste zonnecellen nu. Twin Creeks heeft $ 93 miljoen aan durfkapitaal opgehaald, plus leningen van de staat Mississippi en andere bronnen die het heeft gebruikt om zijn zonnefabriek te bouwen.
De conventionele manier om de kristallijne siliciumwafels te maken - die het grootste deel van de zonnecellen uitmaken - omvat het snijden van blokken of cilinders van silicium tot 200 micrometer dikke wafels, een proces dat ongeveer de helft van het silicium in afval verandert. De industrie gebruikt wafels van 200 micrometer omdat veel dunnere wafels broos zijn en de neiging hebben om te breken op de productielijn. Maar in theorie kunnen ze zo dun zijn als 20 tot 30 micrometer en toch net zo efficiënt of efficiënter zijn in het omzetten van zonlicht in elektriciteit.
Het proces van Twin Creeks maakt 20 micrometer dikke wafels grotendeels zonder afval. Het omvat het aanbrengen van een dunne laag metaal die ze duurzaam genoeg maakt om conventionele zonnecelverwerkingsapparatuur te overleven. Sivaram zegt dat door het gebruik van draadzagen en aanverwante apparatuur sterk te verminderen en dunnere wafels te maken, Twin Creeks de benodigde hoeveelheid silicium met 90 procent vermindert en ook de kapitaalkosten aanzienlijk verlaagt. Hij zegt dat de technologie kan worden toegevoegd aan bestaande productielijnen. Het primaire plan van het bedrijf is om productieapparatuur te verkopen in plaats van zonnecellen te produceren. Ik verwacht dat we volgend jaar rond deze tijd een half dozijn tot een dozijn van deze tools in het veld zullen hebben, zegt hij.
Versnellen van zonne-energie: Hyperion 3 van Twin Creeks is een ionenversneller die platen van silicium bombardeert met waterstofionen om zeer dunne zonnewafels voor zonnecellen te produceren. De siliciumplaten zijn aangebracht rond de buitenkant van de spaakstructuur, die ronddraait als de wafels met ionen worden geraakt.
Het proces begint in een vacuümkamer, waar een hoogenergetische straal waterstofionen drie millimeter dikke schijven van kristallijn silicium bombardeert. De ionen hopen zich op op een precieze diepte van 20 micrometer, die wordt gecontroleerd door de spanning van de straal. Zodra er voldoende ionen zijn verzameld, verwijdert een robotarm snel de wafels, die vervolgens in een oven worden geplaatst, waar de ionen in het silicium microscopisch kleine belletjes van waterstofgas vormen die uitzetten, waardoor kleine breuken in de siliciumwafel ontstaan en een 20 micrometer- dikke laag silicium om af te schilferen. Het bedrijf brengt vervolgens een metalen drager aan op het dunne silicium. (Het gepatenteerde proces dat het gebruikt, onderscheidt het van een ander bedrijf, Astrowatt , waardoor wafels worden gemaakt die even dun zijn . Maar de wafels van Astrowatt zijn licht gebogen, waardoor ze moeilijk te hanteren zijn in conventionele productieapparatuur.)
De Twin Creeks-wafels zijn compatibel met conventionele productieapparatuur voor zonnecellen en met processen die nu worden gebruikt om geavanceerde zonnecelontwerpen te maken, zoals heterojunctiecellen. Sivaram zegt dat het waterstof-ionproces werkt met andere eenkristalmaterialen dan silicium, waaronder galliumarsenide, een halfgeleider die is gebruikt om zonnecellen met een wereldrecord efficiëntie te produceren.
Het gebruik van een ionenstraal om dunne wafels van kristallijn silicium te maken is al eerder overwogen, maar het was veel te duur om een praktische fabricagemethode te zijn. Er was een deeltjesversneller voor nodig die ionenbundels kon produceren die zowel een zeer hoge stroomsterkte als een zeer hoge energie hebben, en zo'n beest bestond niet, zegt Sivaram. Om de technologie levensvatbaar te maken, heeft Twin Creeks een ionenversneller ontwikkeld die tien keer krachtiger is dan welke in de handel verkrijgbare versneller dan ook, zegt hij.
Hoewel het bedrijf benadrukt dat de technologie compatibel is met bestaande productielijnen, is er wel minstens één wijziging nodig. Gewoonlijk worden wafels behandeld om een ruwe oppervlaktetextuur te creëren die ze helpt om licht te absorberen in plaats van het te reflecteren. De textuur is gemaakt van piramides die ongeveer even hoog zijn als de Twin Creeks-wafels dik zijn, dus het is niet praktisch om met de nieuwe wafels te gebruiken. Sivaram zegt dat het bedrijf een alternatieve antireflectietechnologie heeft geïmplementeerd waarmee zijn zonnecellen even goed presteren als die welke met het conventionele proces zijn gemaakt.