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晶硅薄片讓太陽能電池成本減半

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年09月22日  

高能氫離子束轟擊3毫米厚的晶硅盤,離子積累的精確深度達到20微米,機械臂就會快速移去晶圓,然后放在爐子里,這樣,硅中的離子就會形成微觀氫氣氣泡,這些氣泡會擴大,在硅晶片中形成微小裂縫,這就會使20微米厚的硅層剝落下來。雙溪技術公司(TwinCreeksTechnologies)是一家新創公司,一直在默默無聞地經營,今天,公司開發出一種方法,用以制作晶硅薄片,它說可以使硅太陽能電池的生產成本減少一半。公司在一所小廠展示了這項技術,這是一所每年25兆瓦的太陽能電池廠,正在建設之中,就在密西西比州(Mississippi)的塞納陶比亞(Senatobia)。


柔性電源:雙溪公司20微米厚的金屬涂層硅片柔韌強大。來源:麻省理工科技創業


西哇西哇拉姆(SivaSivaram)是雙溪公司首席執行官,他說,公司的技術既減少了所需硅的數量,也減少了生產設備的成本。他聲稱,公司生產太陽能電池,大約只需每瓦40美分,相比之下,現在最便宜的太陽能電池也要約80美分。雙溪公司已籌集到9300萬美元風險資本,再加上密西西比州的貸款和其他來源的資金,公司會用于建設它的太陽能廠。


晶硅片占太陽能電池的大部分,傳統方法制備晶硅片,要切割塊狀或柱狀硅,形成200微米厚的晶圓,這個工藝會把大約一半的硅變成廢棄物。業界使用200微米的晶圓,因為晶圓太薄,就很脆,往往會在生產線上碎裂。但在理論上,它們可以達到20至30微米薄,仍然會同樣有效,甚至會更加有效地把太陽光轉換成電能。


雙溪公司的工藝可以制作20微米厚的硅片,基本上沒有浪費。這要使用薄層金屬,使它們足夠耐用,可以承受傳統太陽能電池加工設備。西哇拉姆說,因為大大減少了線鋸及相關設備的使用,而且制作更薄的晶圓,所以,雙溪公司所需的硅量減少了90%,也大大降低了資本費用。他說,這項技術可以添加到現有的生產線上。這家公司的重要計劃是出售生產設備,而不是生產太陽能電池。我預計,到明年這個時候,我們會有六到十二個這樣的工具實地使用,他說。


加快太陽能發電:雙溪公司的海曝離3(Hyperion3)是離子加速器,用氫離子轟擊硅板,出現非常薄的太陽能硅片,用于太陽能電池。硅板排列在所說結構的外圍,離子撞擊晶圓時,這些結構會旋轉。來源:麻省理工科技創業


這個工藝始于真空室,其中,高能氫離子束轟擊3毫米厚的晶體硅盤。離子積累的精確深度是20微米,這是由光束電壓控制的。一旦積累了足夠的離子,機械臂就會快速移去晶圓,然后放在爐子里,這樣,硅中的離子就會形成微觀氫氣氣泡,這些氣泡會擴大,在硅晶片中形成微小裂縫,這就會使20微米厚的硅層剝落下來。公司把金屬襯板用于這樣的薄層硅上。公司使用的這一專用工藝使它不同于另一家公司,就是阿斯特羅瓦特公司(Astrowatt),這家公司制作的晶圓同樣薄。但是,阿斯特羅瓦特公司的晶圓只能略為彎曲,這就難以適用傳統的生產設備。


雙溪公司的晶圓可兼容傳統的太陽能電池生產設備,而且,也兼容現在使用的一些工藝,可制作先進的太陽能電池設計,如異質結構電池(heterojunctioncells)。西哇拉姆說,這種氫離子工藝可以采用硅以外的單晶材料,包括砷化鎵(galliumarsenide),這種半導體生產的太陽能電池,效率打破世界紀錄。


使用離子束制作晶硅薄晶圓,以前也考慮過,但過于昂貴,難以成為一種實用的制造方法。它要粒子加速器,出現的離子束要有非常高的電流和非常高的能量,這樣的東西過去是不存在的,西哇拉姆說。他說,為了使這項技術可行,雙溪公司開發出一種離子加速器,比市面上的任何加速器都要強10倍。


雖然公司強調,這項技術兼容現有的生產線,但是,它確實要求,至少要有一項改變。通常情況下,晶圓經處理,會形成粗糙的表面紋理,這有助于它們吸收光線,而不是反射光線。這種紋理是由金字塔組成,高度相當于雙溪公司晶圓的厚度,所以,與新晶片一起使用是不切實際的。



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