Федеральный фонд окружающей среды Германии (DBU) финансирует исследования по новой тонкопленочной технологии, которая позволяет производить солнечный кремний непосредственно из оконного стекла с помощью алюминия. Цель проекта — сделать процесс воспроизводимым и стандартизировать его в соответствии с уже проверенной базовой выполнимостью.
Исследовательский проект осуществляется компанией Sameday Media GmbH, которая совместно с Институтом полупроводниковых технологий в Университете Брауншвейга была номинирована за первый проект «Оконное стекло + алюминий = кремний» на премию Niedersachsen Innovation Award 2018 в области сотрудничества.
Как сообщает DBU, на первом этапе проекта была исследована и подтверждена фундаментальная выполнимость совершенно новой технологии прямого производства солнечного кремния на стеклянных подложках с толщиной слоя около 20 микрометров. При этом стекло вступает в контакт с алюминием под давлением около двух бар и при температуре около 600 градусов по Цельсию. Во время возникающей окислительно-восстановительной реакции алюминия с оксидом кремния из слоя стекла синтезируется кристаллический кремний. Между слоем кремния и стеклом возникает тонкий слой с высокой концентрацией алюминия, который необходим для безопасности процесса, а также слой оксида алюминия.
Такой метод экономит много энергии, которая обычно расходуется при производстве слитков из кремния и пластин, по оценкам Sameday, на примерно 87%. К этому следует добавить еще и снижение потребности в материалах примерно на 90%. В отличие от сегодняшнего процесса производства солнечного кремния, при котором образуются 19 килограммов побочных продуктов и отходов на килограмм чистого кремния, новый производственный процесс полностью безотходен.
На втором этапе проекта были изготовлены образцы площадью около одного квадратного сантиметра на простом флоат-стекле. Тот факт, что новый процесс синтеза осуществляется при температуре ниже плавления алюминия за счет взаимодействия окисленных границ раздела, является фундаментальным открытием. Была сделана заявка на международный патент, который уже опубликован. Физико-химические исследования подтвердили как очень хорошую кристалличность слоя кремния, так и его высокую чистоту. Последующие процедуры очистки не требуются.
Основной целью только что стартовавшего третьего этапа проекта является разработка надежного воспроизводимого процесса производства образцов с однородной кремниевой поверхностью размером два на два квадратных сантиметра. С этой целью физико-химические процессы будут дополнительно исследованы для дальнейшего снижения концентрации алюминия и дальнейшего улучшения эпитаксиального роста кристаллов. В частности, важна функциональность диффузионных каналов в барьере из оксида алюминия и функциональность оксидного слоя в качестве эпитаксиального слоя. С помощью оптимизированных образцов первые фотоэлементы будут произведены в Центре Гельмгольца в Берлине, чтобы продемонстрировать потенциальную эффективность путем сравнения их с существующими фотоэлементами из кристаллического тонкопленочного кремния. Кроме того, будет проведена экономическая оценка о возможности крупномасштабного производства.
Проект финансируется Федеральным фондом окружающей среды Германии на сумму 332 000 евро.
Источник: https://www.solarserver.de/solar-magazin/nachrichten/aktuelles/2019/kw04/solarsilizium-aus-fensterglas-und-aluminium.html