Fabricarea celulelor solare va fi mult mai ieftină datorită cercetătorilor germani

Cercetătorii germani au reușit să elimine etapele risipitoare și consumatoare de energie în producerea siliciului cristalin pentru celulele solare.

Potrivit publicației The Engineer, un nou proces dezvoltat de oamenii de știință de la Institutul Fraunhofer IPA din Freiburg, sud-vestul Germaniei, ar putea reduce costurile fabricării celulelor solare cu până la o cincime.

Noua metodă nu risipește materiale în procesul de fabricație al celulelor solare, și necesită mult mai puțină energie electrică.

Producerea celulelor solare începe cu topirea siliciului impur și reacția sa cu clor, rezultând un material numit clorosilan. Când hidrogenul vine în contact cu clorosilanul, acesta este transformat în siliciu pur.

În mod normal, acest proces are ca rezultat bucăți de siliciu amorf, care trebuie zdrobite și topite la 1.450 de grade Celsius. Acestea se cristalizează în lingouri de câte 200 de kilograme, care trebuie să fie tăiate mai departe în blocuri de mai multe dimensiuni.

Încălzirea repetată utilizează o cantitate mare de energie, iar la tăiere aproximativ jumătate din siliciul produs se pierde sub formă de praf.

Vaporizarea nu permite risipirea siliciului

Primele trei etape ale noului proces sunt aceleași: topirea siliciului impur, formarea clorosilanului și apoi amestecarea cu hidrogenul. Specialiștii germani au eliminat producerea siliciului amorf, și au făcut în așa fel încât siliciul aflat în faza de vapori – în urma reacției cu hidrogenul – să curgă pe lângă o plachetă de siliciu cristalin.

În următorul pas, un strat de siliciu poros acționează ca un punct de întrerupere mecanică, permițând stratului de siliciu nou-depozitat să fie desprins de pe substrat sub forma blocului cristalin; substratul poate fi reutilizat de mai multe ori.

„În acest fel, obținem un monocristal foarte bun, de fapt cel mai bun tip de cristal, iar blocurile sunt de aceeași calitate ca cele realizate prin metode convenționale”, spune Stephan Janz, liderul echipei de cercetare.

„Cu metoda noastră, putem evita aproape toate pierderile care apar în timpul procesului de producție obișnuit”, adaugă specialistul. „Acest lucru înseamnă că reducem pierderea materialelor cu 50%, în timp ce utilizăm cu 80% mai puțină energie.”

Noul proces permite, de asemenea, producția unor blocuri de o grosime predefinită, fără să fie nevoie de tăiere. De obicei, blocurile trebuie să aibă o grosime de 150-200 μm (micrometri), pentru evitarea pierderilor la tăierea mecanică. Totuși, pentru aplicații fotovoltaice, celule solare mai subțiri sunt la fel de bune și mult mai ieftine.

Înjumătățirea costurilor materialelor reduce implicit costul fabricării celulei solare finale cu 20%, spun cercetătorii.

Spre deosebire de multe lucrări științifice sortite să rămână doar la faza de proiect, ideea germanilor nu va rămâne doar pe hârtie. Echipa a înființat o companie numită NexWafe, o fabrică de celule solare care urmează să își înceapă producția de masă la sfârșitul anului 2017.