태양전지는 얼마나 낮은 수준(그리고 얼마나 친환경적)으로 발전할 수 있나요?

Jun 21, 2023

실리콘 웨이퍼 NexWafe는 이제 커프는 안녕, 저비용, 경량, 유연한 태양전지입니다.

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화석 에너지의 경제적 사례는 붕괴 직전에 있으며, 독일 회사 NexWafe GmbH는 이를 심연 속으로 마지막으로 밀어넣으려고 합니다. NexWafe는 새로운 저비용 실리콘 웨이퍼를 태양전지 시장에 출시할 새로운 공장을 건설하고 있습니다. 녹색 백합에 금을 입히려면 비용 절감의 일부로 심각한 재료 낭비 문제를 가리키는 재미있는 단어인 절단(kerf)이 포함됩니다.

실리콘 웨이퍼는 실리콘 태양전지의 핵심을 형성하며, 제조업체들은 웨이퍼를 생산하는 보다 효율적인 방법을 찾기 위해 스스로 노력해 왔습니다. 현재 선택되는 제조 방법은 실리콘을 녹여 다결정 실리콘(다른 이름으로는 폴리실리콘이라고도 함) 덩어리로 만들고 불순물을 제거하는 것입니다. 그런 다음 Czochralski 방법이라고 불리는 종자 결정 성장 공정을 사용하여 덩어리에서 단결정 실리콘 잉곳을 "당겨냅니다". 마지막으로 잉곳을 웨이퍼로 잘라냅니다.

실리콘 웨이퍼는 다결정 잉곳으로도 만들 수 있습니다. 다결정 웨이퍼로 만든 태양전지는 태양광 전환 효율이 낮은 경향이 있습니다. 장점으로는 비용이 적게 드는 경향이 있으며 일부 사용 사례에서는 합리적인 옵션으로 간주됩니다.

어느 쪽이든 전체 웨이퍼 제조 공정에는 시간, 에너지, 비용이 소요됩니다. 비용의 일부는 잉곳을 자를 때 생성되는 실리콘 폐기물을 가리키는 커프(kerf)와 관련됩니다. 톱밥과 같지만 실리콘의 경우입니다. 장비 제조업체인 Meyer Burger는 2014년에 실리콘 잉곳용 절단을 줄이는 새로운 다이아몬드 커터를 출시했지만 여전히 개선의 여지가 있습니다.

초크랄스키 방법은 1915년으로 거슬러 올라가며 발명가인 폴란드 과학자 Jan 초크랄스키의 이름을 따서 명명되었습니다. 그는 잉크병에 펜을 담그고 대신 녹은 주석을 치는 과정을 생각해 냈습니다(Wikipedia에서도 그렇게 말합니다). . 분명히 변화의 시기가 무르익었습니다.

이것이 우리를 NexWafe로 데려옵니다. 이 회사는 독일 작센 주 남동부의 도시인 비터펠트에 위치할 상업용 규모 생산 시설의 작업 속도를 높이기 위해 방금 3천만 유로(3,200만 달러가 약간 넘는)의 자금을 투입받았습니다. 안할트. 모든 것이 계획대로 진행된다면 또 다른 공장은 사우디아라비아에 세워질 예정이다.

Bitterfeld 프로젝트는 긴 R&D 여정의 최신 단계입니다. NexWafe는 Franhofer Venture의 지원을 받아 2015년에 Fraunhofer 태양 에너지 시스템 ISE 연구소에서 분사되었습니다. 이 스타트업은 지난 15년 동안 Stefan Rebar 연구팀이 개발한 새로운 제로 커프 생산 방법을 배포하는 임무를 맡았습니다.

Rebar는 NexWafe의 공동 창립자이며, 그 모든 노력이 곧 결실을 맺게 됩니다. 새로운 "EpiNex" 커프리스 웨이퍼는 기판에 결정을 성장시키는 방법인 에피택시를 기반으로 합니다. 기판을 제거할 수 있는 경우 절단을 생성하는 절단 단계가 필요 없이 원하는 모양과 크기의 매우 얇은 결정층이 생성됩니다.

“프로세스의 초점은 최대 1300°C의 온도에서 대기압 화학 기상 증착(APCVD)에 있습니다. 이 공정은 마이크로 전자 공학에서 잘 알려져 있지만 장비 처리량 측면에서 광전지 응용 분야에 근본적으로 적용되어야 했습니다.”라고 Fraunhofer는 2015년 보도 자료에서 설명했습니다.

“Stefan Reber와 30명으로 구성된 그의 팀은 매우 유연한 배치형 실험실 설정부터 p 및 n 도핑된 에피택셜 층을 연속적으로 증착할 수 있는 옵션이 있는 대규모 다중 챔버 인라인 시스템에 이르기까지 다양한 세대의 증착 반응기를 개발했습니다. ” Fraunhofer는 p-와 n-이 두 가지 다른 태양전지 변형을 언급하면서 계속되었습니다.

NexWafe에 따르면 새로운 커프 없는 실리콘 웨이퍼는 기존 웨이퍼보다 가격이 30% 저렴할 것이라고 합니다. 사실이라면 와우.

“기존 태양전지 제조와 완벽하게 호환되는 NexWafe는 제조 과정에서 에너지 소비를 70% 절감합니다. NexWafe의 연속적이고 직접적인 가스-웨이퍼 제조 공정은 폐기물을 최소화하여 기존 웨이퍼보다 30% 저렴한 웨이퍼를 생산합니다.”라고 회사는 단언합니다.