211service.com
Ny tillverkningsteknik kan innebära billigare solceller
Ett nytt sätt att göra tunna, enhetliga beläggningar som utvecklats vid Rice University kan minska kostnaderna för att tillverka konventionella kiselsolceller och kan öppna vägen för nya typer av solceller som är mycket effektivare eller billigare än konventionella.
Solmaskin: VD:n för Natcore Technology demonstrerar en prototyp av AR-Box, som använder en ny vätskebaserad deponeringsteknik för att applicera antireflekterande beläggningar.
Tekniken, som avsätter beläggningar i en vätskebaserad process med låg temperatur snarare än den gasbaserade processen med hög temperatur som används nu, kommersialiseras av Natcore Technology, en startup i Red Bank, New Jersey. Företaget planerar att använda tekniken för att ersätta ett standardsteg i konventionell solcellstillverkning – att lägga till en antireflekterande beläggning på kiselskivor för att hjälpa dem att absorbera mer ljus. Den kommer också att erbjuda en mer avancerad antireflexteknik, kallad svart kisel.
Samtidigt utvecklar Natcore mer avancerade tillämpningar av processen, inklusive tillverkning av solceller gjorda av kolnanorör eller nanoskala kristaller som kallas kvantprickar. Sådana solceller kommer sannolikt att ta år att kommersialisera, men kan vida överträffa konventionella solceller. Nanosolceller har försökts tidigare, men företaget tror att dess nya tillverkningsteknik kan göra dem överkomliga.
Som en ersättning för högtemperaturprocesser på en konventionell tillverkningslinje kan den vätskebaserade processen sänka tillverkningskostnaderna. Natcores VD, Charles Provini, uppskattar att ett utbyte av en konventionell beläggningsmaskin med en av hans företag kan spara en solenergitillverkare på cirka 1 miljon dollar i elkostnader per år.
Tillverkare använder för närvarande inte vätskebaserade processer för antireflektionsbeläggningar, delvis eftersom det har varit svårt att göra beläggningen tillräckligt enhetlig för solceller. Problemet uppstår från hur en flytande process vanligtvis fungerar. Beläggningen bildas när reaktanter i vätskan interagerar med en yta. När reaktanterna förbrukas ändras avsättningshastigheterna, vilket resulterar i variationer i beläggningens tjocklek. Forskare vid Rice åtgärdade detta problem genom att utveckla ett system för att kontinuerligt fylla på reaktanterna samtidigt som de noggrant övervakar filmernas tjocklek.
En av Natcores avancerade nanosolcellsdesigner innebär att lager av kvantprickar deponeras på en kiselsolcell. Kvantprickarna är designade för att absorbera färger som kisel inte gör, vilket potentiellt fördubblar effektiviteten hos solceller. Detta har prövats tidigare, men att bilda ett lager av kvantprickar har krävt dyr bearbetningsteknik, och det har visat sig svårt att placera kvantprickarna på avstånd för att undvika oönskade elektriska urladdningar mellan dem. Natcore-processen är billig, och den ger ett sätt att kontrollera arrangemanget av kvantprickarna genom att belägga dem med ett lager av kiseldioxid som fungerar som ett distanselement. Företaget har beslutat att börja med att belägga konventionella kiselsolceller för att göra det lättare för industrin att ta till sig tekniken, men skulle så småningom kunna göra sig av med kiselwafers för en helt kvantprickbaserad solcell som använder mer än en typ av kvantum. prick för att effektivt absorbera hela våglängdsområdet i solljus.
En annan design, som Natcore utvecklar tillsammans med Kodak, innebär att man använder vätskeavsättningsprocessen för att belägga ett nätverk av kolnanorör med ett solhalvledarmaterial för att producera tunna, flexibla solceller. Natcore säger att solceller som använder denna design kan vara ungefär lika effektiva som konventionella kiselsolceller, men kostar ungefär hälften så mycket att tillverka, till stor del eftersom de kan tillverkas med samma utrustning som Kodak har använt för att göra fotografisk film. Eftersom solcellerna skulle vara lätta och flexibla skulle de också vara lättare att installera, vilket halverar installationskostnaderna, uppskattar Natcore.
Andrew Barron, professorn i kemi och materialvetenskap vid Rice University som utvecklade vätskeavsättningsteknologin, säger att kolnanorörsdesignen är närmare kommersialisering än kvantpricken. Han säger att forskare har gjort små prototyper av solceller - det återstående utvecklingsarbetet har att göra med att utarbeta detaljerna i tillverkningen. Kvantpricksolcellerna är fortfarande i ett tidigt skede – forskarna har bara hittills använt vätskeprocessen för att visa att det är möjligt att distribuera kvantprickarna efter behov. De har inte byggt solceller än.
Natcore har samlat in cirka 6 miljoner dollar genom ett offentligt erbjudande på en kanadensisk börs. Man har också tecknat joint venture-avtal med företag i Kina och Italien. Företaget planerar att licensiera sin teknologi till andra, snarare än att tillverka solceller själv. Man testar för närvarande en prototypversion av en vätskeavsättningsmaskin i kommersiell skala, och Provini säger att företaget har fyra solcellstillverkare som står i kö för att köpa den kommersiella versionen av maskinen, om företaget når vissa tekniska milstolpar.