Produkcja nowoczesnych ogniw słonecznych wymaga wygrzewania ich podstawowego elementu, jakim są krzemowe wafle, do temperatury 1000 st. C. Proces ten pochłania wiele energii i jest skomplikowany, ponieważ rozgrzewanie wafla musi zachodzić równomiernie na całej powierzchni. W innym przypadku powstają napięcia termiczne, powodujące jego zniszczenie. Naukowcy, pracujący w National Renewable Energy Laboratory (NREL), stworzyli nową metodę rozgrzewania wafli krzemowych. Wafle rozgrzewane są przy użyciu skoncentrowanej wiązki światła. Proces ten pochłania o połowę mniej energii w stosunku do tradycyjnego rozgrzewania przy pomocy elementów grzejnych oraz pozwala na równomierne rozgrzanie całego wafla. Ponadto proces ten umożliwia usunięcie zanieczyszczeń z wafla. Daje to w efekcie czysty panel ogniwa słonecznego, co podwyższa jego wydajność.

Badania laboratoryjne, wykazały, że oczyszczenia wafla krzemowego może przynieść zysk w wydajności rzędu 4 punktów procentowych. Umożliwiłoby to wyprodukowanie ogniw działających z 20 proc. wydajnością. Pierwsze doświadczenia laboratoryjne z oczyszczaniem i rozgrzewaniem wafla przy pomocy wiązki świetlnej dały wzrost wydajności o 0,5 punktu proc., ale naukowcy twierdzą, że wafla nie udało się oczyścić do końca i testy znajdują się dopiero w fazie początkowej.

Zdaniem naukowców, zastosowanie nowego procesu oczyszczania wafla wymaga też zmiany innych stadiów produkcji - bez tego nie da się uzyskać zaplanowanego wzrostu wydajności ogniw.

Wysokie temperatury są używane także w innych stadiach procesu produkcji ogniw słonecznych. Są one konieczne do wprowadzenia do krzemu domieszek, umożliwiających wytworzenie pól i połączeń elektrycznych wewnątrz wafla oraz oksydacji powierzchni dla zwiększenia wydajności. Zastosowanie światła do rozgrzewania umożliwia lepszą kontrolę całego procesu .

W tym celu w zbudowano prototypowe "piece świetlne" używające termoodpornej ceramiki pokrytej grubą warstwa przezroczystego szkliwa, co gwarantuje, że światło będzie rozgrzewało wafel, nie piec. Wafel wygrzewany jest przy użyciu komputerowej kontroli tomograficznej w czasie rzeczywistym - rogi są bardziej naświetlane niż środek, ponieważ szybciej oddają ciepło. Chodzi o usunięcie zwłaszcza takich zanieczyszczeń, jak żelazo, którego cząsteczki odbijają fotony światła padające na ogniwo i wprowadzenie takich domieszek, jak bor, zwiększających przewodnictwo elektryczne i wydajność całego ogniwa.

Nagrzewanie prowadzone w ten sposób pozwala na uniknięcie napięć termicznych, zaś ściśle określony czas wygrzewania ułatwia także oksydację powierzchni. Dotąd, jako proces drogi, oksydację stosowali niektórzy producenci - przy użyciu techniki wygrzewania świetlnego jest ona tańsza i łatwiejsza w stosowaniu.

Obecnie naukowcy z NREL pracują nad stworzeniem - na bazie skonstruowanego Advanced Optical Systems - całego prototypowego ciągu, który mógłby wygrzewać nie jeden wafel, jak w laboratorium, ale do 2 tys. sztuk. Dopiero badania na takiej linii pozwolą na całkowitą zmianę procesu produkcyjnego i wytwarzanie nowych, bardziej wydajnych ogniw słonecznych.

PAP - Nauka w Polsce

mmej/ agt/ bsz