在變形的硅片邊緣劃開一條縫,裂縫就會從一邊擴散到另一邊,最終就可以剝離金屬膜和一層薄薄的25微米厚的硅。
今天,大多數太陽能電池的制備工藝,都是把幾乎一半的原材料,也就是高度提煉和加工的晶硅,變成鋸屑。有一個新工藝,開發者是新創公司阿斯特羅瓦特公司(Astrowatt),目的是消除大部分這樣的浪費,同時使太陽能電池更高效。
太陽能剝離膜:這一25微米的薄膜屬于晶硅,沉積在一層金屬上,制備時使用了一種新技術。
傳統太陽能電池的制備,需要鋸開成塊晶硅,形成的晶圓大約180微米厚。由于鋸子鋸開硅,因此,會把幾乎等量的硅(這一層有100至150微米厚)轉變成鋸屑,這些鋸屑通常不能重復使用。
采用傳統工藝,一毫米的硅可以制成約3個太陽能電池晶圓。阿斯特羅瓦特公司說,它可以制成5個或更多的晶圓,就使等量的材料,這主要是需要取代鋸子,采用一種技術,可以剝離薄層硅膜,脫離厚硅片。
阿斯特羅瓦特公司和幾家公司,都希望大幅降低所需硅量,以制備太陽能電池。雖然硅的價格在最近幾年已經下降,但是,在太陽能電池板制造中,它仍然是最昂貴的一項。
阿斯特羅瓦特公司的工藝,首先要鋸開硅塊,形成比較厚的硅片,每片近1毫米厚。然后,公司修飾每片晶圓的上部,這樣就可以用作太陽能電池的背片,這一工藝最后要沉積一層金屬到晶圓上。
接下來,晶圓被加熱,使材料內部形成張力,因為金屬和硅的膨脹有不同的速度。使用一個楔子,在變形的硅的邊緣,戳開一條縫,裂縫就會從一個邊緣擴散到另一個邊緣,這樣,工程師最終就可以剝離金屬膜,連同一層薄薄的25微米的硅。重要的是,硅的晶體結構使裂紋可以均勻擴散到整個晶圓,而且硅是柔性的,所以它不會碎裂,而會脫落下來。
由此產生的金屬硅薄膜,隨后要進一步加工,形成太陽能電池的正面。整個過程可以重復進行,會繼續有25微米的薄層剝離原始厚晶圓。這完工后,形成的就是一片晶圓,但仍然比較厚,從180微米到幾百微米不等。它可以用來制作傳統的太陽能電池,也可以回收,回爐制成硅塊。(不同于鋸末,這種晶圓仍具有足夠高的質量,可以進行回收。)
其他公司制備薄片晶硅,使用的是新的鋸切技術或其他方法。但是,其他方法往往會產生脆弱的晶圓,它們不能采用現有的電池制造設備。拉杰什•饒(Rajesh Rao)是這家公司的技術總監,他表示,阿斯特羅瓦特公司電池的金屬背片,使它們更耐用。
這家公司已經演示了這項技術,在實驗室制成大的8英寸寬的晶圓,而小型太陽能電池接近15%的效率。這效率稍低于傳統晶體硅太陽能電池,但是,研究人員尚未使用于所有已知的方法,以提高太陽能電池的效率。事實上,這些電池理論上可以達到更高的效率,勝過傳統的硅太陽能電池,因為它們更薄,這使它更容易讓電子離開電池,產生電力。
下一步是演示這一工藝的商用級設備。這一工藝所有步驟的完工,采用的機器幾乎都見于太陽能電池工廠。
到目前為止,阿斯特羅瓦特公司已籌集到一筆未公開金額的資金,這是首輪風險投資,還有150萬美元是屬于美國能源部的日照計劃(Sunshot),目的是使太陽能發電可以競爭過化石燃料電力。
這種方法確實有一些缺點。金屬硅薄膜會微微上卷,這使它們有點難以處理,因為是傳統的生產線。此外,不像其他一些方法,這種方法并不是完全不需要制成晶硅塊,再鋸開它,但是,它確實大大降低了需要鋸開的數量。
其他方法,比如,有一種方法,開發者是新創公司1366技術公司(1366 Technologies),目的是完全取消這些步驟,這可能進一步降低制造成本。然而,這種技術有它自身的挑戰,包括實現高產量和生產高品質的硅。
本文為美國Technology Review授權文章,未經書面許可,嚴禁轉載使用。
今天,大多數太陽能電池的制備工藝,都是把幾乎一半的原材料,也就是高度提煉和加工的晶硅,變成鋸屑。有一個新工藝,開發者是新創公司阿斯特羅瓦特公司(Astrowatt),目的是消除大部分這樣的浪費,同時使太陽能電池更高效。
太陽能剝離膜:這一25微米的薄膜屬于晶硅,沉積在一層金屬上,制備時使用了一種新技術。
采用傳統工藝,一毫米的硅可以制成約3個太陽能電池晶圓。阿斯特羅瓦特公司說,它可以制成5個或更多的晶圓,就使等量的材料,這主要是需要取代鋸子,采用一種技術,可以剝離薄層硅膜,脫離厚硅片。
阿斯特羅瓦特公司和幾家公司,都希望大幅降低所需硅量,以制備太陽能電池。雖然硅的價格在最近幾年已經下降,但是,在太陽能電池板制造中,它仍然是最昂貴的一項。
阿斯特羅瓦特公司的工藝,首先要鋸開硅塊,形成比較厚的硅片,每片近1毫米厚。然后,公司修飾每片晶圓的上部,這樣就可以用作太陽能電池的背片,這一工藝最后要沉積一層金屬到晶圓上。
接下來,晶圓被加熱,使材料內部形成張力,因為金屬和硅的膨脹有不同的速度。使用一個楔子,在變形的硅的邊緣,戳開一條縫,裂縫就會從一個邊緣擴散到另一個邊緣,這樣,工程師最終就可以剝離金屬膜,連同一層薄薄的25微米的硅。重要的是,硅的晶體結構使裂紋可以均勻擴散到整個晶圓,而且硅是柔性的,所以它不會碎裂,而會脫落下來。
由此產生的金屬硅薄膜,隨后要進一步加工,形成太陽能電池的正面。整個過程可以重復進行,會繼續有25微米的薄層剝離原始厚晶圓。這完工后,形成的就是一片晶圓,但仍然比較厚,從180微米到幾百微米不等。它可以用來制作傳統的太陽能電池,也可以回收,回爐制成硅塊。(不同于鋸末,這種晶圓仍具有足夠高的質量,可以進行回收。)
其他公司制備薄片晶硅,使用的是新的鋸切技術或其他方法。但是,其他方法往往會產生脆弱的晶圓,它們不能采用現有的電池制造設備。拉杰什•饒(Rajesh Rao)是這家公司的技術總監,他表示,阿斯特羅瓦特公司電池的金屬背片,使它們更耐用。
這家公司已經演示了這項技術,在實驗室制成大的8英寸寬的晶圓,而小型太陽能電池接近15%的效率。這效率稍低于傳統晶體硅太陽能電池,但是,研究人員尚未使用于所有已知的方法,以提高太陽能電池的效率。事實上,這些電池理論上可以達到更高的效率,勝過傳統的硅太陽能電池,因為它們更薄,這使它更容易讓電子離開電池,產生電力。
下一步是演示這一工藝的商用級設備。這一工藝所有步驟的完工,采用的機器幾乎都見于太陽能電池工廠。
到目前為止,阿斯特羅瓦特公司已籌集到一筆未公開金額的資金,這是首輪風險投資,還有150萬美元是屬于美國能源部的日照計劃(Sunshot),目的是使太陽能發電可以競爭過化石燃料電力。
這種方法確實有一些缺點。金屬硅薄膜會微微上卷,這使它們有點難以處理,因為是傳統的生產線。此外,不像其他一些方法,這種方法并不是完全不需要制成晶硅塊,再鋸開它,但是,它確實大大降低了需要鋸開的數量。
其他方法,比如,有一種方法,開發者是新創公司1366技術公司(1366 Technologies),目的是完全取消這些步驟,這可能進一步降低制造成本。然而,這種技術有它自身的挑戰,包括實現高產量和生產高品質的硅。
本文為美國Technology Review授權文章,未經書面許可,嚴禁轉載使用。