Quanto in basso (e quanto verde) possono arrivare le celle solari

Jun 21, 2023

Il wafer di silicio NexWafe dice: addio kerf, ciao celle solari a basso costo, leggere e flessibili.

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La questione economica dell’energia fossile è sull’orlo del collasso e l’azienda tedesca NexWafe GmbH sta per darle un’ultima spinta nell’abisso. NexWafe sta costruendo una nuova fabbrica che invierà nuovi wafer di silicio a basso costo nel mercato delle celle solari. Per indorare il giglio verde, parte del risparmio sui costi coinvolge il kerf, una parola divertente per il grave problema dello spreco di materiali.

I wafer di silicio costituiscono il cuore delle celle solari in silicio e i produttori si stanno impegnando per trovare modi più efficienti per produrre wafer. L'attuale metodo di produzione preferito prevede la fusione del silicio in una massa di silicio policristallino (noto anche come polisilicio tra gli altri nomi) e l'eliminazione delle impurità. Un processo di crescita dei semi-cristalli chiamato metodo Czochralski viene quindi utilizzato per “estrarre” i lingotti di silicio monocristallino dalla massa. Infine, i lingotti vengono tagliati in wafer.

I wafer di silicio possono essere realizzati anche da lingotti policristallini. Le celle solari realizzate con wafer policristallini tendono ad avere un'efficienza di conversione solare inferiore. Il lato positivo è che tendono a costare meno e sono considerati un’opzione ragionevole per alcuni casi d’uso.

In ogni caso, l’intero processo di produzione dei wafer richiede tempo, energia e denaro. Parte del denaro riguarda il kerf, che si riferisce ai rifiuti di silicio prodotti quando i lingotti vengono tagliati. È come la segatura, ma contiene silicio. Già nel 2014 il produttore di apparecchiature Meyer Burger ha introdotto una nuova fresa diamantata con riduzione del taglio per lingotti di silicio, ma c'è ancora spazio per miglioramenti.

Del resto il metodo Czochralski risale al 1915 e prende il nome dal suo inventore, lo scienziato polacco Jan Czochralski, che ideò il procedimento quando andò a intingere la penna in un calamaio e colpì invece lo stagno fuso (così dice Wikipedia) . Chiaramente i tempi sono maturi per un cambiamento.

Questo ci porta a NexWafe. L'azienda ha appena ricevuto un'iniezione di 30 milioni di euro (poco più di 32 milioni di dollari) per accelerare i lavori su un impianto di produzione su scala commerciale, che sarà situato a Bitterfeld, una città nella parte sudorientale dello stato tedesco della Sassonia. Anhalt. Se tutto andrà secondo i piani, seguirà un'altra fabbrica in Arabia Saudita.

Il progetto Bitterfeld è l’ultimo passo di un lungo percorso di ricerca e sviluppo. NexWafe è nato dall'Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE nel 2015 con l'assistenza di Franhofer Venture. Alla startup è stato affidato il compito di implementare un nuovo metodo di produzione a taglio zero sviluppato dal gruppo di ricerca di Stefan Rebar negli ultimi 15 anni.

Rebar è il co-fondatore di NexWafe e tutto questo duro lavoro sta per dare i suoi frutti. Il nuovo wafer kerfless “EpiNex” si basa sull'epitassia, che è un metodo per far crescere i cristalli su un substrato. Se il substrato è rimovibile, si ottiene uno strato ultrasottile di cristalli nella forma e nelle dimensioni desiderate, senza bisogno di una fase di taglio che produce un taglio.

“Il focus del processo è la deposizione chimica in fase vapore a pressione atmosferica (APCVD) a temperature fino a 1300°C. Questo processo è ben noto nella microelettronica, ma ha dovuto essere radicalmente adattato per le applicazioni fotovoltaiche in termini di produttività delle apparecchiature”, ha spiegato Fraunhofer in un comunicato stampa del 2015.

“Stefan Reber e il suo team di 30 persone hanno sviluppato diverse generazioni di reattori di deposizione, che vanno da configurazioni di laboratorio di tipo batch molto flessibili a grandi sistemi multicamera in linea con l’opzione di depositare in continuo strati epitassiali drogati p e n, " Ha continuato Fraunhofer, con p- e n- che si riferiscono a due diverse varianti di celle solari.

Secondo NexWafe, il nuovo wafer di silicio kerfless costerà il 30% in meno rispetto ai wafer convenzionali, quindi whoa se fosse vero.

“Pienamente compatibile con la produzione convenzionale di celle solari, NexWafe offre una riduzione del 70% del consumo energetico durante la produzione. Il processo di produzione continuo e diretto gas-wafer di NexWafe riduce inoltre al minimo gli sprechi, con il risultato di wafer che costano il 30% in meno rispetto ai wafer convenzionali", afferma l'azienda.