Testmethode moet kosten zonnecellen drukken

Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarmee fabrikanten van wafers met fotovoltaïsche cellen de productiekosten kunnen verminderen. Door wafers te testen voor ze bewerkt worden, zouden defecten eerder aan het licht komen.

Tijdens de productie van wafers, inclusief wafers die als zonnecellen ingezet gaan worden, doorlopen de plakjes silicium een groot aantal stappen. Ze worden in verschillende machines chemisch en fysiek bewerkt, wat bij ongeveer vijf tot tien procent van de wafers resulteert in breuken. Een groep onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory, een Amerikaans overheidsinstituut, heeft nu een methode ontwikkeld om die zwakkere wafers te identificeren voor ze de langdurige en kostbare productiestappen doorlopen.

De NREL-medewerkers ontwikkelden een testapparaat dat de microbreuken in wafers, die tijdens de lithografische stappen tot problemen kunnen leiden, kan identificeren. Dat Silicon Photovoltaic Wafer Screening System maakt gebruik van verwarmingselementen die de wafers lokaal sterk verhitten: het verwarmen en afkoelen zorgt voor thermische stress, die microbreuken verergert en tot breuken leidt. Een prisma concentreert de warmte van lampen op een 15mm breed deel van de wafers, die lokaal zeer snel tot 500 graden celcius verwarmd wordt. De rest van de wafer blijft koud, wat tot thermische stress leidt.

Het Spwss-apparaat van Nrel kan middels een computer de temperatuur exact aanpassen aan de specificaties en waferdiktes van verschillende fabrikanten. Bovendien zou het apparaat eenvoudig in productielijnen opgenomen kunnen worden. De wafer-tester zou met een capaciteit van 1200 wafers per uur snel genoeg voor productielijnen zijn en slechts 100.000 dollar kosten. De kosten die bespaard zouden worden door zwakke wafers te 'filteren' voordat ze dure bewerkingen ondergaan, zouden gezien het volume van de productie van fotovoltaïsche cellen in de miljarden dollars kunnen lopen.

Reacties (20)

Mooi! weer een stap in de goede richting voor zonne-energie! De hoge instap prijs vormt natuurlijk de grootste drempel.
Deze SPWSS kan deze hopelijk wat terug brengen. Hoewel het maar de vraag is hoe snel dit door wordt gevoerd aan de klant .
Misschien moeten ze wel, ivm. concurrentie uit China?

[Reactie gewijzigd door JDillinger op 16 januari 2013 12:01]

Hm, de Chinezen frustreren de markt voor duurzame energieopwekking al een tijdje. Wat ik ervan begrepen heb is dat de prijs door steun van de overheid kunstmatig laag gehouden wordt met behulp van subsidies voor fabrikanten. Een tijdje terug schreef the Washington Post een artikeltje hierover:

http://www.washingtonpost...olar-panels-for-everyone/

Deze "oneerlijke" variant van concurrentie wordt door veel landen tegengewerkt met extra heffingen:

Amerika
Duitsland

Daarnaast heb ik me wel eens laten vertellen dat de huidig beschikbare zonnepanelen achterlopen op de techniek doordat de verbeteringen dusdanig snel volgen dat fabrikanten en start-ups huiverig zijn om voor een bepaalde techniek of samenstelling te kiezen. Het NREL heeft een mooi grafiekje over de verbeteringen in efficientie over de afgelopen decenia:

http://upload.wikimedia.o.../PVeff%28rev121211%29.jpg

Zo kun je in de grafiek zien dat je rond 1987 je geld het beste had kunnen inzetten op cellen met enkele kristallen in Si-cellen t.o.v. de cellen met dubbele junction. Drie jaar later zou je er spijt van hebben.

[Reactie gewijzigd door RK88 op 16 januari 2013 12:57]

Oh, ik denk dat de chinezen zelf op de 1e rij zullen zitten. En daar hebben ze ook het volste recht toe. Iets anders is dat chinese fabrikanten van de staat garanties en leningen hebben gekregen en onder hun kostprijs verkopen om zo de concurrentie slopen. En laat het trouwens duidelijk zijn dat de productie van zonnecellen steeds minder arbeidsintensief en meer kapitaalintensief wordt en dat dus ook de chinezen het van dergelijke 'trucs' moeten hebben.

Een dergelijk ' screening' apparaat is bijna universeel in te bouwen in elke productielijn. En als dat ding 1200 wafer per uur kan inspecteren in 100.000 dollar echt peanuts.

Gaan wij als Europeanen nou zeggen dat we financiële steun aan bedrijven niet goedkeuren? Beetje hypocriet.

financiele steun is oke, voor ontwikkeling etc maar niet met doel de concurrentie met die steun uit te schakelen. toch ?!

Dat doet iedereen tegenwoordig, behalve zuid Amerika en Afrika, en kijk naar hen! Wij overspoelen hun markten met gesubsidieerd etenswaar en zorgen dat de boeren daar geen eerlijke concurrentie hebben.

Wij als WTO leden vinden dat dat alleen onder heel specifieke voorwaarden mag. Hebben de Chinezen overigens ook voor getekend.

En iedereen bevoordeelt stiekem toch echt zijn eigen economie.
Of dat nou Chinezen zijn of Europeanen.
Zo stom zijn ze wel.

Vanwaar de focus op zonnecellen? Deze techniek gaat bij alle chipfabricage een voordeel brengen, en het lijkt me logisch dat juist de meest gecompliceerde procedes er het meeste voordeel uit halen.

@Grrrrene: goed punt, dank.

[Reactie gewijzigd door TheekAzzaBreek op 16 januari 2013 12:36]

Ook daar is voordeel te behalen, maar ik denk dat het probleem is dat een zonnecel vrij groot is qua oppervlak, vergeleken met een computerchip. Daardoor kunnen uit een gebroken wafer misschien nog wel werkende computerchips gehaald kunnen worden, maar betekent een gebroken zonnecelwafer wellicht 0 cellen uit die wafer?

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 16 januari 2013 12:19]

De hele productielijnen zijn zo ingericht dat ze werken met een ronde siliciumwafer. Indien een wafer breekt, kun je daar helemaal niets meer mee de machines zijn hier simpelweg niet op gebouwd. Bovendien mijn ervaring met het laten breken van wafers in de fabriek in Nijmegen, is dat deze al snel in vele kleine stukken breken en dan is er helemaal niets meer uit te halen.

Mijn eerste idee was ook dat dit vast ook voor chip productie inzetbaar zou zijn, maar ik kan me ook voorstellen dat als wat kzin hieronder zegt waar is, en ze dus veel hogere kwaliteit silicium gebruiken, dat het dan minder efficient is.

Zonnecellen worden van een veel mindere kwaliteit silicium gemaakt als van wafers voor computer chips. Zonnecellen worden van restmateriaal gemaakt dat iets van 1 a 2 $ per ongewerkte cel kost. Een 300 mm wafer voor de chip industrie kost tegen de 1000 $. Er wordt van de leverancier verwacht dat hij goed materiaal aflevert.

Als een wafer breekt is hij afgeschreven. Je kunt wel vergeten dat hij nog te gebruiken is voor een volgende proces stap. Hij is niet meer met een robot te verplaatsen, en past ook niet meer in een FOUP/cassette. Gebroken wafers zijn gelukkig zeer zeldzaam, wat ook wel moet met een paar honderd proces stappen per wafer.

"Gebroken wafers zijn gelukkig zeer zeldzaam"

Maar gezien deze ontwikkeling nou ook weer niet zó zeldzaam...

De reactie van zonne-energie is terecht, het is gewoon simpelwegs énorm duur. Nou kan het natuurlijk ook voordelig zijn voor andere producten; maar die zullen vaak niet bijdragen aan het millieu.

Onzin, het is enorm gedaald in prijs de afgelopen jaren. En inmiddels is het voor consumenten meer dan rendabel.

Wat ook interessant is aan deze methode is is dat je de 'blanke' silicium strips test. Nog voordat allerlei coatings worden aangebracht, dit maakt het recylecen een stuk makkelijker, goedkoper en milieuvriendelijker

Dat is een slilm idee!
Het zou leuk zijn als dit inderdaad tot merkbare prijsdalingen leidt (ipv hogere winsten).

Ik had alleen een ander idee bij de term "test" in de titel.
Verderop in het artikel wordt gesproken over identificeren, dat vind ik in deze een beter woord.
Wat men namelijk doet is niet zozeer testen of een wafer goed is of niet, maar ervoor zorrgen dat de breuken al eerder optreden.
Op die manier kan ik ook heel makkelijk testen of kinderen kunnen zwemmen: gooi ze in het zwembad. Alle die er weer uitkomen kunnen zwemmen.

Neemt niet weg dat dit in dit geval een prima techniek is.....

Op die manier kan ik ook heel makkelijk testen of kinderen kunnen zwemmen: gooi ze in het zwembad. Alle die er weer uitkomen kunnen zwemmen.

dit is een beetje lomp en een slechte vergelijking.
Een betere vergelijking is een toelatings examen(goedkoop) voor een medische opleiding(nogal duur).

Ik zie het verschil niet. Bij een test kijk je of een bepaalde fout optreedt, of in andere woorden: het gedrag is anders dan het verwachte gedrag.

Dit lijkt me dus bij uitstek een test. Je verwacht dat een goede wafer niet stukgaat. Een slechte doet dit wel.

Wat jij misschien bedoelt is dat de test destructief is. Dat is in dit geval echter geen enkel probleem.

heu zo'n apparaat kunnen ze natuurlijk ook al in de waferfabriek zelf neerzetten, dan kun je a-merk wafers met garantie verkopen.