211service.com
Startup syftar till att halvera kostnaden för solceller
Twin Creeks Technologies —en startup som har verkat i hemlighet fram till idag — har utvecklat ett sätt att göra tunna skivor av kristallint kisel som den säger skulle kunna halvera kostnaden för att tillverka kiselsolceller. Den har demonstrerat tekniken i en liten solcellsfabrik på 25 megawatt per år som den byggde i Senatobia, Mississippi.
Flexibel kraft: Twin Creeks 20 mikrometer tjocka metallbelagda silikonwafers är flexibla och starka.
Siva Sivaram, VD för Twin Creeks, säger att företagets teknologi både minskar mängden kisel som behövs och kostnaden för tillverkningsutrustningen. Han hävdar att företaget kan producera solceller för cirka 40 cent per watt, vilket kan jämföras med ungefär 80 cent för de billigaste solcellerna nu. Twin Creeks har samlat in 93 miljoner dollar i riskkapital, plus lån från delstaten Mississippi och andra källor som de använde för att bygga sin solcellsfabrik.
Det konventionella sättet att göra de kristallina kiselskivorna – som står för huvuddelen av solcellerna – involverar att skära block eller cylindrar av kisel till 200 mikrometer tjocka wafers, en process som förvandlar ungefär hälften av kislet till avfall. Industrin använder 200 mikrometers wafers eftersom wafers mycket tunnare än så är spröda och tenderar att gå sönder på tillverkningslinjen. Men i teorin kan de vara så tunna som 20 till 30 mikrometer och fortfarande vara lika effektiva, eller mer effektiva, på att omvandla solljus till elektricitet.
Twin Creeks process gör 20 mikrometer tjocka wafers i stort sett utan avfall. Det handlar om att applicera ett tunt lager av metall som gör dem tillräckligt hållbara för att överleva konventionell solcellsbehandlingsutrustning. Sivaram säger att genom att kraftigt minska användningen av trådsågar och tillhörande utrustning och göra tunnare wafers, minskar Twin Creeks mängden kisel som behövs med 90 procent och minskar också kapitalkostnaderna avsevärt. Han säger att tekniken kan läggas till befintliga produktionslinjer. Företagets primära plan är att sälja tillverkningsutrustning, snarare än att producera solceller. Jag förväntar mig att vi vid den här tiden nästa år kommer att ha ett halvdussin till ett dussin av dessa verktyg på fältet, säger han.
Accelererande solenergi: Twin Creeks Hyperion 3 är en jonaccelerator som bombarderar plattor av kisel med vätejoner för att producera mycket tunna solskivor för solceller. Silikonplattorna är anordnade runt utsidan av ekerstrukturen, som snurrar när skivorna träffas med joner.
Processen börjar i en vakuumkammare, där en högenergistråle av vätejoner bombarderar tre millimeter tjocka skivor av kristallint kisel. Jonerna ackumuleras på ett exakt djup av 20 mikrometer, vilket styrs av strålens spänning. När tillräckligt många joner har samlats tar en robotarm snabbt bort skivorna, som sedan placeras i en ugn, där jonerna i kislet bildar mikroskopiska bubblor av vätgas som expanderar, vilket skapar små sprickor i kiselskivan och orsakar en 20-mikrometer- tjockt lager av kisel för att flaga av. Företaget applicerar sedan en metallbaksida på det tunna kislet. (Den egenutvecklade processen den använder skiljer den från ett annat företag, Astrowatt , vilket gör wafers som är lika tunna . Men Astrowatts wafers är lätt böjda, vilket kan göra dem svåra att hantera i konventionell produktionsutrustning.)
Twin Creeks wafers är kompatibla med konventionell solcellsproduktionsutrustning och med processer som nu används för att göra avancerade solcellsdesigner, såsom heterojunction-celler. Sivaram säger att vätejonprocessen fungerar med andra enkristallmaterial än kisel, inklusive galliumarsenid, en halvledare som har använts för att producera solceller med världsrekordeffektivitet.
Att använda en jonstråle för att skapa tunna skivor av kristallint kisel har övervägts tidigare, men det var alldeles för dyrt för att vara en praktisk tillverkningsmetod. Det krävdes en partikelaccelerator som kunde producera jonstrålar som både har mycket hög ström och mycket hög energi, och ett sådant odjur fanns inte, säger Sivaram. För att göra tekniken livskraftig utvecklade Twin Creeks en jonaccelerator som är 10 gånger kraftfullare än någon kommersiellt tillgänglig accelerator, säger han.
Även om företaget betonar att tekniken är kompatibel med befintliga produktionslinjer, kräver den åtminstone en förändring. Vanligtvis behandlas wafers för att skapa en grov ytstruktur som hjälper dem att absorbera ljus snarare än att reflektera det. Texturen är gjord av pyramider som är ungefär lika höga som Twin Creeks wafers är tjocka, så det är inte praktiskt att använda med de nya wafers. Sivaram säger att företaget har implementerat en alternativ antireflektionsteknik som gör att dess solceller fungerar lika bra som de som tillverkats med den konventionella processen.