Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 32 reacties

Medewerkers van de universiteit van Utah hebben een manier ontwikkeld om goedkopere, op germanium gebaseerde zonnecellen te produceren. Dit type zonnecellen is rendabeler dan de gangbare silicium-zonnecellen.

Met de halfgeleider die normaliter in zonnecellen wordt toegepast, silicium, behalen de cellen een efficiŽntie van maximaal ongeveer twintig procent. Desondanks worden vrijwel alle zonnepanelen van dit type halfgeleider gemaakt, aangezien silicium tamelijk goedkoop is en tegen een stootje kan. Wanneer geld geen rol speelt, zoals in de ruimtevaart, wordt een andere halfgeleider gebruikt als basis voor zonnecellen: germanium. Dit materiaal is veel kwetsbaarder en duurder dan silicium, maar kan zonlicht met een veel hoger rendement in elektriciteit omzetten. Met gebruik van concentrators voor zonlicht kunnen germanium-panelen meer dan veertig procent van het zonlicht converteren, terwijl de theoretische grens voorbij de vijftig procent ligt.

Twee medewerkers van de universiteit van Utah hebben echter een manier ontwikkeld om meer germanium-wafers uit een staaf germanium te snijden. Voorheen werd een snijmethode ingezet die voor silicium is ontwikkeld. Deze zorgt echter voor relatief veel verspaningsverlies door de dikke zaagsnede en voor veel breukverlies vanwege de fragiele structuur van germanium. Eberhard Bamberg en Dinesh Rakwal gebruiken echter een zeer dunne molybdeen-draad om het germanium te snijden. Door deze draad onder stroom te zetten, een techniek die bekend staat als wedm, kunnen dunnere plakken gesneden worden zonder deze te breken.

Volgens de cto van Sylarus Technologies, een fabrikant van germanium-wafers, kan de nieuwe snijtechniek een kostenbesparing van zo'n tien procent opleveren. Een wafer van tien centimeter doorsnede zou dan in prijs van 80 tot 100 dollar omlaag gaan naar 72 tot 90 dollar. Het bedrijf overweegt nu de molybdeendraad-methode in te zetten, mits het proces zich laat schalen naar industriŽle massaproductie. Een van de verbeteringen moet de snelheid van het snijden worden: momenteel duurt het veertien uur om een wafer te snijden, Bamberg hoopt dit naar zes uur te kunnen verkorten.

De molybdeen-draden zijn 75 of 100 micron dik, terwijl de gebruikelijke zagen 170 tot 180 micron dik zijn. Met een waferdikte van 300 micron kunnen 75 micron dikke molybdeendraden zo'n dertig procent meer wafers produceren. Aangezien de nieuwe methode minder schade aan het germanium berokkent, kunnen de wafers zelf ook dunner worden afgesneden, tot een dikte van 100 micrometer. Dat zou een winst van maar liefst 57 procent opleveren. Voor hun onderzoek gebruikten Bamberg en Rakwal germaniumstaven met een doorsnede van 2,6 inch, oftewel 6,6 centimeter. De gebruikte molybdeendraden waren 75 micrometer dik en werden onder lage spanning gebruikt om verlies van germanium te beperken.

Germanium-wafer

Lees meer over

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (32)

De Nederlandse naam voor dit verspaningsproces is overigens vonkverspanen, in dit geval draadvonken: http://nl.wikipedia.org/wiki/Draadvonken

[Reactie gewijzigd door oshiro op 15 september 2008 16:31]

Ze gaan twee keer zo snel produceren. Ze gaan twee keer zoveel produceren met dezelfde hoeveelheid materiaal. Maar de kostenbesparing is maar 10%? Kost die nieuwe zaagmethode zoveel geld?
Een zonnecel is natuurlijk ook nog iets meer dan alleen dat germanium.

Door de nieuwe manier van snijden wordt alleen dat gedeelte goedkoper, de rest blijft gelijk.
het snijden met het dunnere draad duurt nu nog 14uur en wil hij naar 6 uur hebben voor het geschikt is bij massa productie.

Het staat er inderdaad wat onduidelijk.
Het winnen en rafineren van het materiaal zelf is een enorme kostenpost.
Maar wat kost nou een Silicium wafer van dezelfde grootte? Mooi dat het goedkoper wordt, maar als het alsnog 10 keer zo duur is dan Silicium, dan gaat het alsnog niks worden.

Edit: Rare zin omgebouwd.

[Reactie gewijzigd door aToMac op 15 september 2008 16:56]

Een paar euro denk ik
Ik had ergens ooit een gelezen dat een dunne ronde silicium monocrystalijne wafer met 300 mm doorsnede ongeveer een dollar of 10 -15 dollar kostte en daar kun je dan een stuk of 7 van die kleinere 100mm wafer plaatjes van snijden die je vaak op zonnepanelen ziet.

Deze besparingen maken germanium dus echt nog geen optie voor commercieel gebruik van dergelijke zonnecellen.
Germanium heeft pas commercieel zin als het in enkele nm dikke laagjes opgedampt zou kunnen worden op een goedkopere basis.
Staat in de tekst
Een wafer van tien centimeter doorsnede zou dan in prijs van 80 tot 100 dollar omlaag gaan naar 72 tot 90 dollar.
Nog behoorlijk aan de prijs lijkt me?

[Reactie gewijzigd door franssie op 15 september 2008 16:58]

Nee, dat is de prijs van een germanium wafer niet van een silicium wafer zoals gevraagd, van een silicium wafer lag die rond de paar dollar zoals hAI al aangeeft
Als je uitgaat van $72 voor een plaatje met 10 cm doorsnee, kom je op $9167/m2. Ik denk dat je zelfs met 50% rendement (van zonlicht naar energie) een hele lange tijd nodig hebt (op aarde) om dit terug te verdienen. Ik denk dat Germanium zonnecellen nooit bulk zullen worden. Daarvoor is Germanium te zeldzaam.
Nog steeds hopeloos dus... zal meer energie kosten om z'n paneel te maken dan dat het in de komende 50 jaar aan stroom zal opleveren.

Maar inderdaad, leuk voor de ruimtevaart.
Energieterugverdientijd van zonnecellen ligt tegenwoordig voor vrijwel alle typen ver onder de levensduur van de cellen, dus het is zeker zinvol om ze te maken. Daar zijn inmiddels voldoende rapporten en wetenschappelijke artikelen over beschikbaar.

Op dit moment ligt de beperking bij de hoge productiekosten. Als je die naar beneden kan krijgen door meer wafers uit een staaf te halen (en de zuivering van het materiaal is een grote kostenpost), zit je op de goede weg, ook wat betreft energieterugverdientijd.
Wanneer geld geen rol speelt, zoals in de ruimtevaart,...
Dit is de eerste maal dat ik dit hoor, geld speelt juist een enorme rol in de ruimtevaart. Lijkt me eerder dat vooral het rendement een rol speelt omdat je dan minder gewicht in zonnepanelen de ruimte moet inschieten.
Het speelt ongetwijfeld een rol, maar het is niet voor niets dat over het algemeen de duurste van de duurste zonnepanelen in gebruik zijn in de ruimte, puur omdat deze nťt dat beetje extra efficiŽntie kunnen leveren, met minder gewicht, zoals je zelf ook al stelt. Dat zo'n zonnepanel dan 'n factor tien duurder uit komt is dan irrelevant ten opzichte van de kosten van het versturen naar de ruimte, of het mee kunnen nemen van extra andere apparatuur.
Ik dacht dat het vroeger in de OC71 voorkwam en wanneer je de zwarte laag van de top eraf haalde met aceton kon je ze ook gebruiken als lichtontvanger voor de bekende (bij de zeer oude garde van tweakernet) lichtzender en ontvanger uit Elektuur uit de jaren 60 :)
Klopt, maar werd gebruikt door elektuur in de jaren 60 voor een lichtzender en ontvanger (nog gemaakt op pertinax gaatjesboord met vertinde busjes die je moest klinken met een bijgeleverde stalen pennetje).
Inderdaad. Ik heb nog een verzameling van die oude transistoren in glazen en metalen behuizingen. GeŽrft van de mannen die het vak aan mij als hobby doorgaven.

Ik heb zelf nog wel het kopje van de metalen BC70 afgezaagd om hem gevoelig voor licht te maken. Als jongen tiener had ik niet veel geld, en transistoren kostten wel een paar gulden per stuk. De latere versies van de glazen OC71 werden gevuld met niet transparant vet of gel o.i.d. om de praktijk van het wegschrapen van de verflaag te ontmoedigen.
De latere versies van de glazen OC71 werden gevuld met niet transparant vet of gel o.i.d. om de praktijk van het wegschrapen van de verflaag te ontmoedigen.
Waarom zou het de fabrikant aan z'n [knip] oxideren wat jij met je OC71 doet? Fotodiodes waren goedkoper, dus eigenlijk zouden ze blij moeten zijn geweest met dit 'misbruik'. Iedere radioboer kon het bestellen van een paar honderd OC71's prima rechtvaardigen maar die paar goedkopere foto-diodes zou 'ie nooit verkopen.
Ik heb die bijlagen van destijds nog denk ik...
Was destijds vooral gefascineerd door die aardzender, prik 2 stukken draad in de grond en je kon draadloos zenden/ontvangen.
Dat waren wel leuke hobbydagen! :-)
Wie weet zitten we over een jaartje of 20 30 allemaal achter de germaniums :9
Klein kritisch puntje, ik denk dat het handiger is als we onder de germaniums zullen zitten. :P

[Reactie gewijzigd door Mike-RaWare op 15 september 2008 19:27]

Ik niet heel slim, maar waarom dampen ze die schijven niet gewoon ergens op?
10% vind ik wel heel weinig. Of zijn die molubdeen draden zo duur?

Als het snijden van 14 naar 6 uur gaat, scheelt dat veel tijd. Tijd is geld. Als je dan ook nog meerekent dat er tot wel 57% meer wafers gesneden kunnen worden uit dezelfde staaf. Dan zou je toch zeggen dat zo`n wafer ~ 60% goedkoper moet kunnen zijn?

Als je dan een beetje afval en extra uitval meerekend ivm dunnere fragielere wafers en afschrijving nieuwe appratuur vind ik 10% wel heel erg mager.
Het bedrijf overweegt nu de molybdeendraad-methode in te zetten, mits het proces zich laat schalen naar industriŽle massaproductie. Een van de verbeteringen moet de snelheid van het snijden worden: momenteel duurt het veertien uur om een wafer te snijden, Bamberg hoopt dit naar zes uur te kunnen verkorten.

Volgens mij bedoelen ze dat het snijden van de germanium staven verkort moet worden van 14 uur naar 6 uur.Tenminste, daar hoopt ene heer Bamberg op en het is 1 van de vereisten wanneer ze deze methode bij de massaproductie willen toepassen.

Ik zie nergens staan hoe lang het duurt om een staaf silicium tot wafer te snijden.
Ook na wat zoeken op het web heb ik daar niets over kunnen vinden.
Wel een mooi stukje over met silicium vervaardigde zonnepanelen.

http://users.edpnet.be/br...agina/werking_paneel.html
Euhm, misschien heb ik iets gemist, maar wat is het verband met de tijd die het neemt om silicium wafers te snijden? Er wordt nergens melding van gemaakt.

Het gaat hier enkel om de verbetering van het productie proces van de germanium-wafer-zaagmethode. Deze wordt flink verbeterd, of het exact die zestig procent van siepeltjuh is, weet ik zo niet (zie mijn reactie op volgend bericht), maar zoals hij zegt als je alles bij elkaar neemt is een kosten vermindering van 10% toch maar magertjes.
Dit riekt naar een verbetering van de winstmarge, in de hoofdzaak.

[Reactie gewijzigd door Commander Cody op 15 september 2008 22:11]

Ze kunnen nu wel sneller produceren met deze techniek, maar germanium is gewoon ontzettend duur om te produceren. Als de snijkosten maar een zeer klein deel uitmaken van de totale kosten van een schijfje germanium, dan maakt een snij-productiestijging van 57% niet zoveel uit op de totale kosten.

Om zeer zuiver silicium (of andere halfmetalen) te maken, past men deze techniek toe, nadat het silicium al een heleboel andere energiekostende verwerkingsstappen heeft ondergaan. Het mag duidelijk zijn dat dit zeer veel energie en dus geld kost.

Germanium zonnecellen zijn leuk voor satelieten en andere dingen waar geld geen rol speelt, maar voor de consument is dit niet de moeite waard. De consument moet het doen met silicium. De toekomst ligt echter in zeer goedkoop te produceren zonnecellen die mbv print-technieken een dun laagje fotovoltaÔsch polymeer krijgen. Kost geen drol, is ontzettend snel te produceren, maar op dit moment is daar het rendement ook naar, zo'n 5%. Dit gaat echter stijgen naar een acceptabele 15% waardoor je het hele dak van je huis kan bedekken voor zo'n 1000 euro.

Mark my words ;)
I will mark your words:

Even een gedachten experiment
1. De prijs van de germanium wafers die eruit komen bij het klassieke proces stellen we op '1'
2. We nemen de productie winst iets lager en zeggen dat er 50% meer wafers geproduceerd worden uit 1 staaf.
3. We stellen de productie kosten gelijk met het klassieke proces, dus de prijs verandert niet.

Gevolg:
de productie stijgt van 1 naar 1,5
de prijs blijft gelijk van 1 naar 1
gevolg de prijs per stuk daalt van 1 naar 0,66 een prijs daling met 34%

Als er dan in de praktijk een prijsdaling van slechts 10% procent wordt gerealiseerd is er volgens mij ergens iets mis, er zijn natuurlijk de extra kosten bijv onderzoek, nieuwe machines.
Maar daar staat tegenover dat er minder tijd = manuren (=veel geld) nodig zijn om ťťn wafer/staaf gezaagd te krijgen.
Dus zie ook reactie op vorige bericht, 10% kosten daling is toch maar weinig.

ps: de daling van 60% die 'siepeltjuh' voorstelt is inderdaad ruim overdreven

Edit:
Het is niet helemaal duidelijk, maar het verkorten van de zaagtijd kan ook enkel verband houden met dit proces natuurlijk en dan moeten de kosten van dit project van die 34% afgetrokken worden, hoewel dat 24% dan toch nog ontzettend veel is naar mijn bescheiden persoonlijke mening.

[Reactie gewijzigd door Commander Cody op 15 september 2008 22:23]

Ik neem aan dat de productiestappen na de waferproductie ook erg duur zijn. Als ze nu 20% van de totale productiekosten uitmaken en straks nog maar half zo duur zijn, maakt het in totaal inderdaad maar 10% verschil.

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True