بررسی فنی و اقتصادی فناوری های نوین تولید ویفرهای سیلیسیمی با ضخامت پایین جهت استفاده در پنل های خورشیدی

نوع مقاله : علمی-ترویجی

نویسندگان

1 دکتری تخصصی، مهندسی مواد، معاونت پژوهش و فناوری مپنا، تهران

2 دکتری تخصصی، مهندسی مکانیک، معاونت پژوهش و فناوری مپنا، تهران

چکیده

ویفرهای سیلیسیمی پلی‌کریستال امروزه از طریق احیا کربوترمیک اکسید سیلیسیم در کوره قوس الکتریکی تولید می‌شود. در تلاش برای کاهش هزینه‌های تولید ویفر سیلیسیمی، شرکت‌های پیشرو در این عرصه با ارائه فناوری‌های نوظهور هزینه تولید ویفرهای سیلیسیم را به یک سوم هزینه‌های مرسوم کاهش داده‌اند. این مقاله به ارائه روش‌هایی اختصاص دارد که ویفر سیلیسیم بدون برش با اره و با حداقل مواد ضایعات را تولید می‌کند. این روش بسیار کم‌هزینه تر از روش مرسوم با ضایعات بالا در تولید شمش سیلیسیم و برش با اره در صنعت فوتوولتائیک است. تولید این ویفرها با اندازه استاندارد به کار رفته در سلول خورشیدی با سرعت بالاتر و هزینه کمتر پیشرفت‌های زیادی در زنجیره ارزش پنل های خورشیدی سیلیسیمی ایجاد کرده است. در روش‌های مرسوم تولید ویفر که به وسیله برش شمش انجام می‌شود، مواد زیادی در اثر برخورد با تیغه‌های برنده به عنوان ضایعات تولید می‌شود. مشخصات ویفرهای تولید شده با فناوری‌های نوین از لحاظ ضخامت، تغییرات کل ضخامت (TTV)، زبری و خواص مکانیکی بالاتر و بهتر از ویفرهای تولید شده با فناوری‌های مرسوم است. این ویژگی‌های منحصر به فرد از عوامل فعال‌کننده این فناوری در آینده خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


[1]     Xakalashe, B.S. and Tangstad, M., Silicon processing: from quartz to crystalline silicon solar cells, Chem Technol, (March), pp.6-9, 2012.
[2]     Van Mierlo, F., Jonczyk, R. and Qian, V., Next generation Direct Wafer® technology delivers low cost, high performance to silicon wafer industry. Energy Procedia, Vol. 130, pp.2-6, 2017.
[3]     Lorenz, A., Kerfless Silicon Precursor Wafer Formed by Rapid Solidification: October 2009-March 2010 (No. NREL/SR-5200-51934). National Renewable Energy Lab. (NREL), Golden, CO (United States), 2011.
[4]     Montgomery, J., 1366 Technologies Opens New Factory. Paves Road to Cheaper Solar PV, RenewableEnergyWorld1, 2013.
[5]     Brailove, A., Kang, S., Fujisaka, A. and Henley, F., First demonstration of high volume manufacturing of kerf-free polymax wafers. In Proc. of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conf (p. 1613), 2010.
[6]     Fujisaka, A., Keeping Pace with Cost Reduction as Module Prices Continue to Decline. Photovoltaics World, pp.38-41, 2010.
[7]     Henley, F., Kang, S., Liu, Z., Tian, L., Wang, J. and Chow, Y.L., June. Beam-induced wafering technology for kerf-free thin PV manufacturing. In 2009 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) (pp. 001718-001723). IEEE, 2009.
[8]     Fujisaka, A., Kang, S., Tian, L., Chow, Y.L. and Belyaev, A., Implant-cleave process enables ultra-thin wafers without kerf loss. Photovoltaics World, pp.21-24, 2011.
[9]     Standard, A.S.T.M., Standard test method for monotonic equibiaxial flexural strength of advanced ceramics at ambient temperature. Standard ASTM C1499-04, West Conshohocken, 2005.
[10]   Coletti, G., Van Der Borg, N.J.C.M., De Iuliis, S., Tool, C.J.J. and Geerligs, L.J., Mechanical strength of silicon wafers depending on wafer thickness and surface treatment, Vol.  2000, No.80, p.86, 2006.
[11]   SEMI PV Group, PV Technology Roadmap Forum. Germany, June, 2010.
[12]   Dross, F., Milhe, A., Robbelein, J., Gordon, I., Bouchard, P.O., Beaucarne, G. and Poortmans, J., May. Stress-induced lift-off method for kerf-loss-free wafering of ultra-thin (∼ 50 μm) crystalline Si wafers. In 2008 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (pp. 1-5). IEEE, 2008.
[13]   Kajari-Schröder, S., Käsewieter, J., Hensen, J. and Brendel, R., Lift-off of free-standing layers in the kerfless porous silicon process. Energy Procedia, Vol. 38, pp.919-925, 2013.
[14]   Li, N., Habuka, H., Ikeda, S.I. and Hara, S., Silicon chemical vapor deposition process using a half-inch silicon wafer for Minimal Manufacturing System. Physics Procedia,Vol. 46, pp.230-238, 2013.
[15]   Nakayashiki, K., Rousaville, B., Yelundur, V., Kim, D.S., Rohatgi, A., Clark-Phelps, R. and Hanoka, J.I., Fabrication and analysis of high-efficiency String Ribbon Si solar cells. Solid-state electronics, Vol 50, pp. 1406-1412, 2006.