четверг, 15 марта 2012 г.

Разработан совершенно новый метод изготовления кремниевых фотоэлементов

Разработан совершенно новый метод изготовления кремниевых фотоэлементовАмериканский стартап объединил кристаллизацию кремния и изготовление солнечных батарей в один техпроцесс, что исключило весьма энергоёмкие части технологической цепочки. Кроме того, используя новый метод, компания поставила очередной рекорд тонкости солнечных батарей, уменьшив толщину кремниевого слоя на них до 5 микрометров.

В последние годы прогресс в производстве дешёвых солнечных батарей резко ускорился: все наблюдатели сходятся во мнении, что мы стоим на пороге революции в этой области. Но кто станет первым? Недавно мы писали о новом подходе к традиционным и, казалось бы, широкоизвестным кремниевым солнечным батареям: из 200 мкм кремния на фотоэлементе используется лишь 10%, и исключение из производственного цикла остальных 180 мкм серьёзно влияет на стоимость конечного продукта, ведь сегодня половина его цены — это монокристаллический кремний.

Но есть и те, кто пошёл дальше идеи сделать фотоэлементы в 20 мкм толщиной. Американский стартап Ampulse задумался о том, почему кристаллический кремний вообще столь дорог. Сегодня его получают по такой схеме:

Компания Ampulse взялась изменить саму технологическую цепочку, выкинув из неё «ненужные этапы» при помощи совершенно нового способа производства фотоэлементов из кремния.

Для выработки чистого кремния вместо нагрева (до 1 500 ˚С) газообразного SiHCL3 или SiH4 и получаемых при этом кремниевых полуфабрикатов с последующей распилкой заготовок до нужных размеров (когда на стружку теряется около половины заготовки) авторы предложили напрямую осаждать кремний из вышеперечисленных газов посредством химического парофазного осаждения кремния (ХПО-ГП, Hot Wire Chemical Vapor Deposition) непосредственно на тонкую металлическую подложку фотоэлемента. При этом раскалённая вольфрамовая нить, похожая на обычную нить лампы накаливания, нагревает газообразный SiHCL3 (или SiH4) в герметичной камере всего до 700 ˚С, после чего газ разлагается, оставляя на тонкой металлической плёнке внизу камеры слой от 5 до 10 мкм (!) кремния, что в 2–4 раза меньше, чем у ближайших конкурентов.

Прежде методика ХПО-ГП использовалась для создания фотоэлементов на базе аморфного кремния, однако КПД таких батарей значительно ниже, чем у основанных на кристаллическом кремнии. Для правильного формирования кристаллов осаждающегося кремния Ampulse использует инновационную подложку — катаный текстурированный по двум осям слой лёгкого сплава, на котором и происходит упорядоченный эпитаксиальный рост кристаллов из осаждаемого вещества.

Хотя максимально эффективны именно батареи со слоем в 20 мкм, расчёты Ampulse показали, что сокращение толщины слоя до 10 мкм вызывает падение КПД всего на 10–15%, а до 5 мкм — лишь на 30%. Так, при 5-микрометровом слое кремния КПД фотоэлемента составляет 12%, а при 10 мкм — 18,5% (данные, разумеется, лабораторные). Себестоимость же падает гораздо в большей степени, что делает экономически выгодной работу с более тонкими слоями. Нет нужды говорить о том, что отсутствие крайне энергоёмкого традиционного процесса получения чистого кремния и замена его на одноступенчатый ХПО-ГП означает серьёзное удешевление получаемых солнечных батарей.

Что в результате? Ampulse столкнётся с жесточайшей конкуренцией: сегодня солнечная энергетика — настоящее поле битвы самых разных конкурирующих технологий. Но у этой фирмы есть серьёзный козырь: она декларирует себестоимость производимых ею фотоэлементов на уровне менее $500 за киловатт мощности (при КПД в 18%). Это значительно меньше, чем у арсенид-галлиевых элементов и органических солнечных батарей. Хотя есть производители, собирающиеся побить даже этот ценовой рекорд, для КПД в 18,5% этого пока ещё никому не удалось.

Подготовлено по материалам Technology Review.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Google готовит комплексную модернизацию поисковой системы
Компания Google, по информации газеты Wall Street Journal, в течение ближайших месяцев начнёт внедрение качественно новых алгоритмов поиска. По словам руководителя команды ранжирования Google Амита Сингала (Amit Singhal), речь идёт о реализации средств семантического поиска. Система будет пытаться понять смысл запроса, что позволит включать в перечень результатов не только ссылки на сайты, но и ...
  (читать дальше)

Полностью неорганические нанокристаллы усиливают ИК-эмиссию
В Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработан новый химический процесс, интегрирующий нанокристаллы халькогенида свинца в продолженные неорганические матрицы халькогенидных стёкол. Неорганическое кэппирование (покрытие защитной стабилизирующей оболочкой), использованное вместо традиционного кэппирования органическими лигандами, позволило осуществить простую низкотемп...
  (читать дальше)

Мозг позвоночных возник раньше самих позвоночных
Молекулярные механизмы, отвечающие за формирование мозга, в полном комплекте есть уже у полухордовых — морских животных, которые рассматриваются как переходное звено между иглокожими и хордовыми. Мозг позвоночных считается величайшей эволюционной загадкой. Такой структуры нет больше ни у кого из животных (хотя слово «мозг» употребляется и в отношении иных крупных нервных центров), и возник он, к...
  (читать дальше)

Робопловцы побили мировой рекорд дальности
Четыре плавающих робота, не использующих для передвижения никакого топлива, установили новый мировой рекорд дальности плавания, пройдя больше 5 936 км в Тихом океане. Хотя их первоочередной задачей был сбор научной информации о составе и степени загрязнённости морской воды, продемонстрированные аппаратами возможности заставляют говорить о значительно более широком применении дронов на море. Робо...
  (читать дальше)

Млекопитающим неплохо жилось и до вымирания динозавров
Принято считать, что млекопитающие набрали силу только после того, как некий катаклизм 65 млн лет назад уничтожил царство динозавров. Однако новое исследование показывает, что ранние млекопитающие прекрасно чувствовали себя за миллионы лет до того, как их конкуренты приказали долго жить. Речь идёт об отряде многобугорчатых — существах размером с мышь. Их расцвет, судя по всему, начался примерно ...
  (читать дальше)

AU Optronics признана виновной в ценовом сговоре
Компании AU Optronics (AUO), крупнейшему тайваньскому производителю жидкокристаллических дисплеев, может грозить штраф в размере до $1 млрд за преступный сговор с другими участниками рынка. AUO и ряд других производителей обвинялись в сговоре с целью удержания фиксированных цен на ЖК-панели, поставляемые в Соединённые Штаты. Согласно материалам дела, сформированный международный картель с января...
  (читать дальше)

В Китае, возможно, обнаружен новый вид Homo
В течение многих лет эволюционные биологи предсказывали, что со временем в Азии будут открыты новые человеческие виды — когда начнут лучше копать и пристальнее изучать обнаруженное. И действительно, новый анализ черепа, найденного в 1979 году в пещере Лунлинь на юго-западе Китая (провинция Гуанси), позволяет предположить, что прогноз начинает оправдываться. Образец имеет толстые кости, выступающ...
  (читать дальше)

Чтобы прекратить социальный конфликт, сильные должны выслушать слабых
Психологи выяснили, что отношение конфликтующих сторон друг к другу улучшится, если те, кто слабее, расскажут о себе тем, кто сильнее, а последние продемонстрируют при этом всяческое внимание. В современной миротворческой практике для снятия напряжённости между воюющими сторонами используются так называемые лагеря мира, в которых противники могут больше узнать друг о друге с человеческой, а не с...
  (читать дальше)

Самых страшных сценариев подъема уровня моря на планете Земля можно не опасаться
Киотский протокол – международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Он предусматривает замораживание уровня выбросов... Палеоклиматологи пришли к выводу, что самых страшных сценариев подъема уровня моря на планете Земля (его увеличение к 2100 году на несколько метров) можно не опасаться. Уровень моря поднимаетс...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)