太陽電池はどこまで低コスト (そしてどの程度環境に優しい) ができるのか

Jun 07, 2023

シリコンウェーハの NexWafe は、「カーフはさようなら、こんにちは、低コスト、軽量、フレキシブルな太陽電池です」と言っています。

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化石エネルギーの経済状況は崩壊の危機に瀕しており、ドイツの企業 NexWafe GmbH は、最後に奈落の底に突き落とそうとしている。 NexWafe は、新しい低コストのシリコンウェーハを太陽電池市場に送り出すための新しい工場を建設中です。 緑のユリに金メッキを施すため、コスト削減の一部にはカーフ (材料の無駄という深刻な問題を意味する面白い言葉です) が含まれます。

シリコンウェーハはシリコン太陽電池の心臓部を形成しており、メーカーはウェーハをより効率的に生産する方法を見つけるために必死になっています。 現在選択されている製造方法には、シリコンを溶かして多結晶シリコン (別名ポリシリコン) の塊にし、不純物を取り除くことが含まれます。 次に、チョクラルスキー法と呼ばれる種結晶成長プロセスを使用して、塊から単結晶シリコンインゴットを「引き出し」ます。 最後に、インゴットはウェーハにスライスされます。

シリコンウェーハは多結晶インゴットから作ることもできます。 多結晶ウェーハで作られた太陽電池は太陽光変換効率が低くなる傾向があります。 プラスの面としては、コストが低くなる傾向があり、一部のユースケースでは合理的な選択肢であると考えられます。

いずれにせよ、ウェーハ製造プロセス全体には時間、エネルギー、費用がかかります。 お金の一部には、インゴットをスライスするときに発生するシリコンの廃棄物を指すカーフが含まれます。 おがくずのようなものですが、シリコン用です。 装置メーカーの Meyer Burger は、2014 年にシリコンインゴット用の新しいカーフ低減ダイヤモンドカッターを導入しましたが、まだ改善の余地があります。

さらに言えば、チョクラルスキー法の歴史は 1915 年に遡り、発明者であるポーランドの科学者ヤン・チョクラルスキーにちなんで名付けられました。彼はペンをインク壺に浸し、代わりに溶けた錫を叩いたときにこのプロセスを思いつきました (ウィキペディアにはこう書いてあります) 。 明らかに変化の機が熟しています。

それがNexWafeの話になります。 同社は、ドイツのザクセン州南東部の町ビッターフェルトに位置する商業規模の生産施設の作業を加速するために、3,000万ユーロ（3,200万米ドル強）の注入を受けたばかりである。アンハルト州。 すべてが計画通りに進めば、サウジアラビアにも次の工場が建設される予定だ。

Bitterfeld プロジェクトは、長い研究開発の旅の最新のステップです。 NexWafe は、Franhofer Venture の支援を受けて、2015 年にフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所 ISE からスピンアウトしました。 このスタートアップ企業は、Stefan Rebar 氏の研究チームが過去 15 年間に開発した新しいカーフゼロの生産方法を導入する任務を負っていました。

Rebar は NexWafe の共同創設者であり、その努力がすべて報われようとしています。 新しい「EpiNex」カーフレスウェーハは、基板上に結晶を成長させる方法であるエピタキシーに基づいています。 基板が取り外し可能であれば、切り溝を作る切断ステップを必要とせずに、希望の形状とサイズの結晶の極薄層が得られます。

「プロセスの焦点は、最大 1300°C の温度での大気圧化学蒸着 (APCVD) です。 このプロセスはマイクロエレクトロニクスではよく知られていますが、装置のスループットの観点から太陽光発電用途には根本的に適応させる必要がありました」とフラウンホーファー氏は2015年のプレスリリースで説明した。

「Stefan Reber 氏と彼の 30 人チームは、非常に柔軟なバッチタイプの実験室セットアップから、p ドープおよび n ドープのエピタキシャル層を連続的に堆積するオプションを備えた大規模なマルチチャンバー インライン システムに至るまで、さまざまな世代の堆積リアクターを開発してきました。フラウンホーファー氏は続けて、p-とn-は2つの異なる太陽電池のバリエーションを指しています。

NexWafe によると、新しいカーフレス シリコン ウェーハのコストは従来のウェーハより 30% 低くなるそうです。それが本当なら、すごいですね。

「NexWafe は従来の太陽電池製造と完全に互換性があり、製造時のエネルギー消費を 70% 削減します。 NexWafe の連続的な直接ガスツーウェーハ製造プロセスは無駄を最小限に抑え、その結果、従来のウェーハよりも 30% 安価なウェーハが得られます。」と同社は断言します。