Устройство отбраковки пластин для солнечных батарей

Источник: phys.org

Кремниевые пластины, которые должны стать фотоэлектрическими батареями, подвергаются на сборочной линии различным воздействиям: окислению, отжигу, очищению, диффузии, травлению и разделению на слои. В итоге от 5 до 10% дорогостоящих пластин не выдерживают и ломаются на конвейере или в процессе производства батарей. Ученые из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) США создали устройство, позволяющее отбирать слишком хрупкие и слабые пластины еще до начала их обработки. Солнечная энергетика в глобальном масштабе принесла около $82 млрд. дохода в 2010 году. Солнечные электростанции произвели около 20,5 ГВт энергии. Примерно половину стоимости солнечных модулей составляет стоимость солнечных батарей. И в стоимости каждого ватта энергии примерно 15 центов приходится на обработку кремниевых пластин.

Если ликвидировать расходы на обработку 5-10% пластин, которые будут признаны негодными, это принесет экономию в миллиарды долларов. Кремниевые пластины дороги сами по себе, но в процессе создания солнечных батарей они получают еще более дорогие «украшения»: легируются редкоземельными металлами, покрываются полосками проводников и т. д. Устройство, которое создали специалисты NREL Бхушан Сопори, Пракаш Баснят и Питер Рупновски, представляет собой печь кубической формы. Его легко встроить в сборочную линию и откалибровать по требованию производителя. Процесс скрининга чем-то напоминает производство тостов: каждая пластина проходит через узкую высокотемпературную зону и подвергается тепловому стрессу. Нагретая полоса стремится к расширению, в то же время предыдущая (и еще холодная) часть поверхности препятствует этому.

Конкурирующие силы оказывают воздействие на каждый микрон пластины, выявляя слабые места — микротрещины, сколы, царапины и т. д. Нагрев происходит при помощи специальных ламп, температура которых может достигать 1800 градусов по Цельсию. При этом на самом горячем участке пластины температура не превышает 500 градусов Цельсия. Керамические стенки печи отражают свет в нужном направлении, то есть потери энергии очень малы. Мощность ламп (и теплового стресса) можно легко отрегулировать с помощью компьютерной программы, учитывающей как толщину пластин, так и требования производителя солнечных батарей. Стоит отметить, что стоимость самой системы скрининга и ее эксплуатации весьма невелика, но ее внедрение позволит избежать значительных расходов.