img

基金

Ampulse公司正在NREL的工艺开发集成实验室(PDIL)安装一条中试生产线

它代表了一种新的,更少浪费的制造太阳能电池的方式,并且应该导致更便宜的设备

信用:Dennis Schroeder太阳能初创公司Ampuse已经联手NREL和ORNL通过使用新的制造工艺来降低太阳能电池的成本,化学气相沉积工艺在廉价箔上生长硅通过取消硅晶片,Ampuse模型将有可能产生15%效率的太阳能电池每瓦不到50美分太阳能电力价格可能很快接近煤炭或天然气的电力价格,这得益于美国能源部(DOE)国家太阳能启动公司Ampulse Corporation的合作研究可再生能源实验室(NREL)硅晶片的成本几乎是当今太阳能光伏(PV)面板的一半,因此降低或消除了晶圆成本降低价格至关重要当前的晶体硅技术,虽然能源转换效率高,但涉及复杂,浪费和能源密集的工艺首先,一半精炼硅在晶圆锯切过程中因灰尘而损失,驱动模块成本更高典型的2米硅片在锯切过程中损失多达6,000个潜在晶圆第二,所生产的晶圆比实际需要厚得多为了有效地将太阳光转换成电能,它们只需要十分之一的典型厚度NREL,DOE的Oak Ridge National实验室(ORNL)和Ampulse合作开发了一种消除这种浪费的方法,并大大降低了成品太阳能电池板的成本

目的是为晶圆基晶体硅太阳能电池创造一种更便宜的替代方案

采用化学气相沉积工艺为了在廉价的铝箔上生长硅,Ampulse能够使太阳能电池足够厚,以便将大部分太阳能转化为电力不再有锯末 - 不再浪费精炼的硅材料从纯硅到高品质的晶体硅膜工程师和来自Ampulse,NREL和Roth&Rau的技术人员在制造太阳能电池的中试生产线上安装零件的计划通过化学沉积工艺信用:Dennis Schroeder NREL开发了用于生长高质量硅的技术ORNL开发了具有正确晶体结构的金属箔以支持该增长而Ampulse正在NREL的工艺开发集成实验室(PDIL)安装试验生产线),太阳能公司测试他们的最新材料和工艺凭借从PDIL试生产线获得的知识和专业知识,Ampulse计划设计一条全尺寸生产线以适应长卷金属箔Ampulse工艺“直接来自纯硅 - 含有气体到高质量的晶体硅膜,“在N的PDIL运行的布伦特尼尔森说REL“优点是你可以使晶圆像你需要的那样薄 - 10微米或更小”今天的大多数太阳能电池都是用晶圆晶体硅制成的,尽管薄膜电池是由镓,砷等更奇特的材料制成的铟,砷化物,镉和碲正在大力推向市场硅的优势在于其丰富,因为它来自沙子它的缺点是将其净化成适用于太阳能电池的晶圆是昂贵且能源密集的制造商添加碳和热来生产冶金级硅,这在其他行业很有用,但还不适合制造太阳能电池这种冶金级硅然后转化为纯三氯硅烷(SiCl3)或硅烷(SiH4)气体

转化为纯化气体,在1000摄氏度(℃)下生成硅原料

该原料在1,414°C熔化,重结晶成晶锭,最后切成晶片

它作为Rube Goldberg创造太阳能电池的方法相反,Ampulse工艺支持两个步骤而不是创建原料,它直接与硅烷一起使用,并将所需的硅直接生长到箔基板上将NREL的沉积技术与ORNL的纹理相结合铝合金的初步生产线在NREL的PDIL上接近完成如果该生产线可以低成本制造高效太阳能电池,下一步将是一个全尺寸的生产工厂 图片来源:Dennis Schroeder包括Howard Branz和Chaz Teplin在内的NREL科学家团队已经开发出一种方法,使用一种称为热线化学气相沉积的工艺,用于使用完美的晶体涂层来增厚硅晶片

使用热钨丝,就像在白炽灯泡,硅烷气体分子在大约700°C时使用化学气相沉积技术分解并沉积到晶圆上 - 温度比制造晶圆所需的温度低得多

热灯丝分解气体,允许硅层沉积直接在基板上使用这种新技术,Branz和Teplin寻找在更便宜的材料上生长硅的方法,并将其用于太阳能电池他们在访问Battelle Ventures的风险资本家时发现理想的协同作用,询问他们是否可以做任何有用的事情在ORNL取得突破称为RABiTS(滚动辅助双轴纹理基板)这只是机会两位科学家一直在寻求如果金属箔作为基板工作,它必须能够充当晶种,因此硅可以在其上生长,具有正确的结构RABiTS工艺在箔中形成正确定向的晶体接收硅原子并将它们锁定在正确的位置NREL和ORNL使用来自Battelle Ventures的少量资金结合他们的技术使用正确的中间“缓冲层”涂覆箔基板,研究人员能够复制在金属箔上生长的硅层中所需的箔晶体结构(外延生长)建立Ampulse公司技术人员在Ampulse的试验生产线上处理许多电线和软管,安装在NREL的PDIL中

信用:Dennis Schroeder致力于开发新技术与两个国家实验室合作,Battelle Ventures和Innovation Valley Partners联手组建Ampulse最初的Ampulse h通过两个国家实验室的独特仪器和科学专业知识,只需一个名称,一个想法,并致力于开发技术,公司随后与NREL建立了一份价值50万美元的合作研发协议(CRADA)与ORNL Ampulse达成的类似协议也从美国能源部在NREL和ORNL的技术商业化和部署基金中获得了90万美元因为Ampulse是一家开销非常低的公司,几乎所有的初始资金都用于NREL和ORNL的研究工作“我们从这些基金获得的最初技术成功使得Ampulse能够筹集两轮风险投资,“Branz表示,该公司目前拥有13名员工和6名全职顾问,目前正在与来自两个国家实验室的22名赞助研究人员合作.Ampulse的第一名员工,史蒂夫·哈恩(Steve Hane)仍然是其首席执行官迈向每瓦特1美元的巨额目标

“我们有可能以低于每分钟50美分的价格生产15%效率的太阳能电池,而其他风险资助的光伏企业只有一小部分资金投入,”Hane说,“这是由于我们与国家的研发合作实验室“Hane说,国家实验室和风险资本家之间的独特关系应成为未来向私营部门转让技术的典范最近,通过其SunShot计划,DOE向研究人员提出挑战,要求将太阳能成本降低三分之二至每个1美元通过消除昂贵的硅晶片 - 但仍然使用硅作为核心材料 - Ampulse方法有可能实现这一目标“诀窍是获得与晶圆一样好的材料质量,”Teplin说“我们”利用我们现有的关于如何将硅直接从气相生长到这些金属箔上的知识“生产线特点真空室和石英灯生产线正在安装t NREL的PDIL由六个立方体真空室组成,其中箔片用缓冲层和硅层覆盖以制造太阳能电池它是由德国Roth&Rau Microsystems的Ampulse规格制造的

新的生产系统也将与其他NREL交换样品PDIL的研究和分析设备NREL的“晶圆更换工具”将连接到Ampulse系统,并将配备一个机器人,可以在保持真空的同时取回样品,防止样品暴露在空气中 为了制造太阳能电池,将金属箔装入Ampulse系统,在那里石英灯将它们加热到850°C的温度

首先,将箔片涂上必要的缓冲层然后,将样品转移到专门设计的室内,在那里生长关键硅层然后将硅暴露在原子氢中以改善其电子特性最后,开发太阳能电池结和电触点“借助这一新工具,我们将能够无缝,快速地整合NREL和ORNL技术,”Teplin说“此外,通过访问NREL的所有其他PDIL功能,我们真的希望技术进步能够加速”Branz总结道:“主要的是我们可以非常快速地生长出高质量的硅层,并且不会在过程中投入太多精力

意味着太阳能电池可以比基于晶圆的电池便宜得多“”我们的工艺直接从气体进入外延硅相,绕过生长和“锯齿阶段”,“Ampulse的规划和物流总监Mike Colby说:”我们做得很大,因为我们需要展示系统的可扩展性“”为了加快产品上市时间,我们需要最大限度地提高循环速度,“Colby “目标是实现迄今为止专注于更厚晶圆的晶体硅性能 - 并且无需使用1,400°C炉”由于熟练的技术人员调整了可能改变游戏规则的原型生产线的旋钮,Colby说,“我们与NREL有好运和良好关系NREL和PDIL的目标是满足业务需求并帮助加速新技术的商业化这绝对做到了“来源:国家可再生能源实验室图片:丹尼斯施罗德

News