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Startup mira a dimezzare il costo delle celle solari
Tecnologie Twin Creeks —una startup che ha operato in segreto fino ad oggi—ha sviluppato un modo per produrre sottili wafer di silicio cristallino che, a suo dire, potrebbero dimezzare i costi di produzione delle celle solari al silicio. Ha dimostrato la tecnologia in una piccola fabbrica di celle solari da 25 megawatt all'anno che ha costruito a Senatobia, nel Mississippi.
Potenza flessibile: I wafer di silicio rivestiti in metallo dello spessore di 20 micrometri di Twin Creeks sono flessibili e resistenti.
Siva Sivaram, CEO di Twin Creeks, afferma che la tecnologia dell'azienda riduce la quantità di silicio necessaria e il costo delle apparecchiature di produzione. Afferma che l'azienda può produrre celle solari per circa 40 centesimi per watt, rispetto a circa 80 centesimi per le celle solari più economiche ora. Twin Creeks ha raccolto 93 milioni di dollari in capitale di rischio, oltre a prestiti dallo stato del Mississippi e da altre fonti che ha utilizzato per costruire la sua fabbrica di energia solare.
Il modo convenzionale per produrre i wafer di silicio cristallino, che rappresentano la maggior parte delle celle solari, prevede il taglio di blocchi o cilindri di silicio in wafer di 200 micrometri di spessore, un processo che trasforma circa la metà del silicio in rifiuti. L'industria utilizza wafer da 200 micrometri perché i wafer molto più sottili sono fragili e tendono a rompersi sulla linea di produzione. Ma in teoria, potrebbero essere sottili da 20 a 30 micrometri ed essere ancora altrettanto efficienti, o più efficienti, nel convertire la luce solare in elettricità.
Il processo di Twin Creeks produce wafer di 20 micrometri di spessore in gran parte senza sprechi. Implica l'applicazione di un sottile strato di metallo che li rende abbastanza resistenti da sopravvivere alle apparecchiature di elaborazione delle celle solari convenzionali. Sivaram afferma che riducendo notevolmente l'uso di seghe a filo e relative apparecchiature e producendo wafer più sottili, Twin Creeks riduce la quantità di silicio necessaria del 90% e riduce notevolmente anche i costi di capitale. Dice che la tecnologia può essere aggiunta alle linee di produzione esistenti. Il piano principale dell'azienda è vendere apparecchiature di produzione, piuttosto che produrre celle solari. Mi aspetto che a quest'ora l'anno prossimo avremo da una mezza dozzina a una dozzina di questi strumenti sul campo, dice.
Accelerazione dell'energia solare: Hyperion 3 di Twin Creeks è un acceleratore di ioni che bombarda le piastre di silicio con ioni di idrogeno per produrre wafer solari molto sottili per le celle solari. Le piastre di silicio sono disposte attorno all'esterno della struttura a raggi, che ruota quando i wafer vengono colpiti dagli ioni.
Il processo inizia in una camera a vuoto, dove un raggio ad alta energia di ioni idrogeno bombarda dischi di silicio cristallino dello spessore di tre millimetri. Gli ioni si accumulano a una profondità precisa di 20 micrometri, che è controllata dalla tensione del raggio. Una volta che si accumulano abbastanza ioni, un braccio robotico rimuove rapidamente i wafer, che vengono poi collocati all'interno di un forno, dove gli ioni nel silicio formano bolle microscopiche di gas idrogeno che si espandono, creando minuscole fratture all'interno del wafer di silicio e provocando una rottura di 20 micrometri. spesso strato di silicone per sfaldarsi. L'azienda applica quindi un supporto metallico al silicio sottile. (Il processo proprietario che utilizza lo distingue da un'altra società, Astrowatt , che rende i wafer altrettanto sottili . Ma i wafer di Astrowatt sono leggermente curvi, il che potrebbe renderli difficili da maneggiare con le apparecchiature di produzione convenzionali.)
I wafer Twin Creeks sono compatibili con le apparecchiature di produzione di celle solari convenzionali e con i processi attualmente utilizzati per realizzare progetti avanzati di celle solari, come le celle a eterogiunzione. Sivaram afferma che il processo agli ioni di idrogeno funziona con materiali a cristallo singolo diversi dal silicio, incluso l'arseniuro di gallio, un semiconduttore che è stato utilizzato per produrre celle solari con efficienza da record mondiale.
L'uso di un raggio ionico per creare sottili wafer di silicio cristallino è stato considerato in precedenza, ma era troppo costoso per essere un metodo di produzione pratico. Richiedeva un acceleratore di particelle in grado di produrre fasci di ioni che sono sia correnti molto elevate che energia molto elevata, e una tale bestia non esisteva, dice Sivaram. Per rendere praticabile la tecnologia, Twin Creeks ha sviluppato un acceleratore di ioni che è 10 volte più potente di qualsiasi acceleratore disponibile in commercio, afferma.
Sebbene l'azienda sottolinei che la tecnologia è compatibile con le linee di produzione esistenti, richiede almeno una modifica. Normalmente, i wafer vengono trattati per creare una struttura superficiale ruvida che li aiuta ad assorbire la luce anziché rifletterla. La trama è composta da piramidi alte circa quanto i wafer di Twin Creeks sono spessi, quindi non è pratico da usare con i nuovi wafer. Sivaram afferma che l'azienda ha implementato una tecnologia antiriflesso alternativa che consente alle sue celle solari di funzionare come quelle realizzate con il processo convenzionale.