Quão baixo (e quão verde) as células solares podem chegar

Jun 07, 2023

O wafer de silício NexWafe diz adeus corte, olá células solares leves, flexíveis e de baixo custo.

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A defesa económica da energia fóssil está à beira do colapso e a empresa alemã NexWafe GmbH está prestes a dar-lhe um último empurrão para o abismo. A NexWafe está construindo uma nova fábrica que enviará novos wafers de silício de baixo custo para o mercado de células solares. Para dourar o lírio verde, parte da economia de custos envolve corte, uma palavra engraçada para o grave problema do desperdício de materiais.

Os wafers de silício formam o coração das células solares de silício, e os fabricantes têm se esforçado para encontrar maneiras mais eficientes de produzir wafers. O atual método de fabricação escolhido envolve derreter o silício em uma massa de silício policristalino (também conhecido como polissilício, entre outros nomes) e eliminar as impurezas. Um processo de crescimento de cristal-semente chamado método Czochralski é então usado para “extrair” lingotes de silício monocristalino da massa. Finalmente, os lingotes são cortados em wafers.

Os wafers de silício também podem ser feitos de lingotes policristalinos. As células solares feitas com wafers policristalinos tendem a ter uma menor eficiência de conversão solar. Do lado positivo, eles tendem a custar menos e são considerados uma opção razoável para alguns casos de uso.

De qualquer forma, todo o processo de fabricação do wafer exige tempo, energia e dinheiro. Parte do dinheiro envolve o corte, que se refere ao resíduo de silício produzido quando os lingotes são fatiados. É como serragem, mas para silício. O fabricante de equipamentos Meyer Burger introduziu um novo cortador de diamante com redução de corte para lingotes de silício em 2014, mas ainda há espaço para melhorias.

Aliás, o método Czochralski remonta a 1915 e leva o nome de seu inventor, o cientista polonês Jan Czochralski, que criou o processo quando mergulhou sua caneta em um tinteiro e bateu em estanho derretido (assim diz a Wikipedia). . É evidente que o momento é propício para uma mudança.

Isso nos leva ao NexWafe. A empresa acaba de receber uma injecção de 30 milhões de euros (pouco mais de 32 milhões de dólares) para acelerar os trabalhos numa unidade de produção em escala comercial, localizada em Bitterfeld, uma cidade no sudeste do estado alemão da Saxónia- Anhalt. Outra fábrica será lançada na Arábia Saudita se tudo correr conforme o planejado.

O projeto Bitterfeld é o último passo de uma longa jornada de P&D. NexWafe saiu do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE em 2015 com a ajuda da Frannhofer Venture. A startup foi encarregada de implantar um novo método de produção sem corte desenvolvido pela equipe de pesquisa de Stefan Rebar nos últimos 15 anos.

Rebar é o cofundador da NexWafe e todo esse trabalho duro está prestes a valer a pena. O novo wafer sem corte “EpiNex” é baseado em epitaxia, que é um método de crescimento de cristais em um substrato. Se o substrato for removível, você terá uma camada ultrafina de cristais no formato e tamanho desejados, sem a necessidade de uma etapa de corte para produção de corte.

“O foco do processo está na deposição química de vapor à pressão atmosférica (APCVD) em temperaturas de até 1300°C. Este processo é bem conhecido na microeletrônica, mas teve que ser radicalmente adaptado para aplicações fotovoltaicas em termos de rendimento do equipamento”, explicou Fraunhofer em um comunicado de imprensa de 2015.

“Stefan Reber e sua equipe de 30 pessoas desenvolveram diferentes gerações de reatores de deposição, que vão desde configurações laboratoriais muito flexíveis do tipo lote até grandes sistemas multicâmaras em linha com a opção de depositar continuamente camadas epitaxiais dopadas com p e n, ” Fraunhofer continuou, com p- e n- referindo-se a duas variações diferentes de células solares.

De acordo com a NexWafe, o novo wafer de silício sem kerfless custará 30% menos que os wafers convencionais, então, uau, se for verdade.

“Totalmente compatível com a fabricação convencional de células solares, o NexWafe oferece uma redução de 70% no consumo de energia durante a fabricação. O processo contínuo e direto de fabricação de gás em wafer da NexWafe também minimiza o desperdício, resultando em wafers que são 30% mais baratos que os wafers convencionais”, afirma a empresa.