Hoe maak je efficiënte zonnecellen van onzuivere materialen?

maandag 5 september 2011 08:30

De meeste zonnecellen worden gemaakt van kristallijn silicium. Dit zijn de meest efficiënte zonnecellen die beschikbaar zijn op de markt. Helaas is kristallijn silicium duur, omdat het heel zuiver moet zijn om er efficiënte zonnecellen van te kunnen maken. Jammer genoeg weet niemand precies hoe zuiver en daarom spelen fabrikanten op zeker. Met andere woorden: ze maken en gebruiken zuiverder en dus duurder silicium dan waarschijnlijk nodig is. De resultaten die beschreven zijn in het proefschrift over het promotieonderzoek van Gianluca Coletti van Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) zouden hier wel eens verandering in kunnen brengen.

Optimalisatie van kosten
Voor het eerst wordt in detail beschreven wat het effect is van allerlei (metaal) onzuiverheden in het silicium uitgangsmateriaal op het rendement van moderne zonnecellen. Zo wordt het mogelijk om het silicium veel gerichter te zuiveren en daarmee de kosten te optimaliseren. Onder het motto ‘goed is goed genoeg’ worden zo onnodige stappen in het zuiveringsproces vermeden.

Sterke vermindering van negatieve effecten van onzuiverheden op prestatie
De kern van de nieuwe bevindingen in dit proefschrift is dat de negatieve effecten van onzuiverheden in het silicium uitgangsmateriaal op de prestatie van de zonnecel sterk verminderd kunnen worden tijdens en door middel van een aantal stappen in het proces van fabricage van het uitgangsmateriaal, met name door het maken van grote silicium plakken of staven (die vervolgens in dunne plakken worden gesneden) en het verwerken van deze plakken in zonnecellen. Het is nu mogelijk per type onzuiverheid aan te geven hoeveel ervan in het uitgangsmateriaal mag blijven zitten om hiervan zonnecellen met een bepaald rendement te kunnen maken. Dit is een cruciale stap op weg naar de volledige specificatie van ‘zonnekwaliteit’ silicium.

De relatie tussen onzuiverheid en prestatie begrijpen
De beschikbaarheid van silicium van (veronderstelde) voldoende chemische zuiverheid is in de afgelopen jaren een belangrijke beperkende factor geweest voor snelle groei en prijsverlaging en zou dit in de toekomst wederom kunnen worden. Er is een grote behoefte aan goedkope technologieën met lage investeringskosten voor de productie van silicium voor PV-toepassingen. Zulke goedkope productietechnologieën zullen de zuiverheid van het resulterende silicium echter zeer waarschijnlijk negatief beïnvloeden. Het doel van de studies die gepresenteerd zijn in dit proefschrift is om de complexe relatie tussen het onzuiverheidsgehalte van het silicium startmateriaal en de daaruit volgende prestatie van de zonnecel beter te begrijpen, waarbij rekening wordt gehouden met de effecten van bewerking en de architectuur van het apparaat.

CrystalClear project
Het onderzoekwerk voor dit proefschrift heeft plaats gevonden binnen het Europese geïntegreerde project CrystalClear: een uitgebreid Europees project over wafer-gebaseerde silicium zonnecellen dat gecoördineerd werd door ECN. Dit project richtte zich voornamelijk op kostenvermindering van zonnemodules en heeft aanzienlijk bijgedragen aan de ontwikkeling van de PV-sector in Europa. Het CrystalClear consortium bestond uit 16 partners: 9 bedrijven en 7 onderzoeksinstituten en universiteitsgroepen.

Meer informatie
De volledige tekst van het proefschrift ‘Impurities in silicon and their impact on the solar cell performance’ kunt u hier downloaden. De thesis is Engelstalig.

Relevante bijeenkomsten:

  • Mondelinge presentatie “Sensitivity of Crystalline Silicon Solar Cells to Metal Impurities”: 6 september 2011, EPVSEC26, Hamburg – 2BO.6.5;
  • PV17 Standards Technical Education Program (STEP) meeting
    8 september 2011, Hamburg http://www.semi.org/en/node/38626;
  • Verdediging van het proefschrift ‘Impurities in silicon and their impact on solar cell performance’: 19 september 2011, 10.30 uur, Academiegebouw Universiteit Utrecht.

Contact
Gianluca Coletti
E-mail: coletti@remove-this-part-ecn.nl
Telefoon: 0224 564382

Tijdens de EPVSEC van 5-9 september kunt u contact opnemen via: 
06 10852314 of breng een bezoek aan de ECN stand B6/B26b.

Categorie: Corporate, Zonne-energie