Zanieczyszczony krzem obniży cenę ogniw słonecznych

Zanieczyszczony krzem obniży cenę ogniw słonecznych

Grupa badaczy prowadzona przez inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego opracowała nową technologię wykorzystania niskowartościowego, zanieczyszczonego krzemu do produkcji urządzeń solarnych, czego efektem może być drastyczne obniżenie kosztów ogniw słonecznych.

Niemal 90% ogniw fotowoltaicznych (słonecznych) produkowanych na świecie wykorzystuje rafinowaną, bardzo czystą formę krzemu. Rosnący rynek półprzewodników i przemysłu paneli słonecznych wywołał duży popyt na ten materiał, co spowodowało wzrost jego ceny. Próby użycia częściej spotykanej i tańszej formy krzemu – zanieczyszczonego wtrąceniami i defektami metalu nie powiodły się, ze względu na niską wydajność ogniw wykonanych z takiego materiału. Także same technologie produkcyjne używane do usuwania zanieczyszczeń są bardzo drogie.

Eicke Weber, profesor materiałoznawstwa z Centrum Badań nad Nowoczesnymi Materiałami powiedział, że stworzono nową alternatywę wykorzystującą zanieczyszczony krzem. Zamiast je usuwać, można je zostawić, poddając je pewnym operacjom, które zredukują ich niekorzystny wpływ na jakość materiału – jest to zupełnie nowe podejście do sprawy zanieczyszczonego krzemu. Badacze uczestniczący w projekcie zgodnie stwierdzili, że nowa technologia pozwoli znacznie obniżyć cenę paneli słonecznych.

Weber powiedział, że energia słoneczna jest jedną z najbardziej obiecujących i bezpiecznych alternatywnych źródeł energii, dzięki której można zyskać energetyczną niezależność, jednocześnie redukując emisję niebezpiecznych dla środowiska substancji. Obecny wzrost rynku sprzedaży paneli słonecznych sięga 30-40% rocznie. Jakkolwiek, rynek ten mógłby rozwijać się znacznie szybciej, gdyby ceny instalacji solarnych były bardziej przystępne.

Badacze przy użyciu bardzo czułych narzędzi przeanalizowali jak zanieczyszczenia krzemu metalami wpływa na jego wydajność. Okazało się, że im mniejsza odległość pomiędzy tymi nano-zanieczyszczeniami, tym gorsza wydajność krzemu i większe straty energii. Badacze wpadli na pomysł, że zamiast pozbywać się zanieczyszczeń, można je pogrupować w szereg obszarów. Wtedy ich ilość nie zmienia się, ale odległości między poszczególnymi wtrąceniami znacznie się zmniejszają, tym samym redukując starty energii. Badacze porównali ten stan do stada koni, które rozbiegły się po skrzyżowaniu – wtedy wszyscy mają utrudniony ruch. Jeśli jednak te konie udałoby się zebrać w jedno miejsce, ruch byłby utrudniony tylko dla części kierowców – reszta poruszałaby się bez przeszkód.

Naukowcy opracowali metodę takiego grupowania zanieczyszczeń. Polega ona na szybkim oziębieniu materiału, a następnie powolnym ogrzewaniu. Proces ten powoduje przesunięcie rozproszonych wtrąceń w duże klastry. Proces przystosowywania „brudnego” krzemu do jego wykorzystania, polegającym na jego ochładzaniu jest łatwy do przeprowadzenia i tani. Pomimo, iż tak otrzymany krzem nadal nie wykazuje takiej wydajności, jak jego oczyszczana forma, to jednak dalsze badania powinny doprowadzić do poprawienia tego aspektu.

Naukowcy zapewniają, że szukają innych technik, które mogłyby zwiększyć wydajność zanieczyszczonego krzemu. Badania nad zastosowaniami „brudnego” krzemu są wspierane przez Amerykański Departament Energii i podlegające mu Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnych (NREL).