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Novo processo de produção pode dobrar o rendimento de wafer para até 20.000 por hora

Novo processo de produção pode dobrar o rendimento de wafer para até 20.000 por hora

November 28,2022.

Cientistas do Fraunhofer ISE da Alemanha – juntamente com um consórcio de fabricantes de plantas, empresas de metrologia e instituições de pesquisa – desenvolveram um novo conceito de linha de produção para células de silício de alta eficiência, com um rendimento de 15.000 a 20.000 wafers por hora – aproximadamente o dobro do usual quantia.



Um projeto experimental de pilha de wafer para difusão em barcos de quartzo especiais


Um grupo de fabricantes de plantas, empresas de metrologia e instituições de pesquisa lideradas pelo Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE) otimizou várias etapas do processo de produção de células solares de silício, resultando em um rendimento de 15.000 a 20.000 wafers por hora – aproximadamente o dobro da quantidade usual.


Uma das inovações envolve a integração do processo de difusão, combinando a dopagem da energia solar e a oxidação térmica dos wafers em uma única etapa. A oxidação térmica de wafers geralmente é realizada em fornos, com wafers transportados através do forno nos chamados barcos de rack de quartzo. As bolachas geralmente são colocadas nesses barcos individualmente, mas os pesquisadores otimizaram o processo empilhando as bolachas umas sobre as outras em barcos de quartzo especiais. O processo de oxidação resultante cria o perfil de dopagem final e atinge a passivação da superfície ao mesmo tempo, aumentando o rendimento do processo por um fator de 2,4.


Na próxima etapa do processo, o contato com os eletrodos impressos em ambos os lados das células solares de silício é formado em fornos em linha. Para aumentar o rendimento neste estágio, os pesquisadores instalaram uma velocidade de esteira consideravelmente mais rápida no forno, ignorando a necessidade padrão de uma câmara de aquecimento significativamente maior. O grupo comparou a qualidade das células solares sinterizadas com o padrão atual e descobriu que o rendimento aumenta significativamente sem comprometer a eficiência das células solares.


Enquanto processos como esses foram acelerados, outros “precisaram ser reinventados do zero”, disse Florian Clement, gerente de projetos do Fraunhofer ISE. Em um dos novos desenvolvimentos, os pesquisadores implementaram um novo equipamento a laser em tempo real que processa continuamente as bolachas à medida que se movem em alta velocidade sob o scanner a laser. Para a metalização de células solares, o consórcio introduziu a serigrafia rotativa em vez da serigrafia plana, o processo padrão atual. Esta técnica poderia reduzir consideravelmente a quantidade de prata necessária para a produção de células solares, mantendo altos níveis de eficiência de conversão de energia.

Por fim, os pesquisadores criaram dois novos conceitos para acelerar o teste de células em futuras linhas de produção: um método sem contato e um método usando contatos deslizantes. As células podem ser medidas com precisão a uma velocidade contínua de 1,9 metros por segundo com os novos métodos. A equipe registrou uma patente para o método sem contato.


O consórcio está apresentando resultados detalhados do projeto de pesquisa esta semana na Conferência Mundial sobre Conversão de Energia Fotovoltaica em Milão, Itália. A China ainda produz a maior parte das células solares de silício do mundo – chegando a 78% em 2021 – então o grupo vê os resultados do projeto como uma forma de tornar as fábricas europeias mais competitivas.


“Para implantar mais instalações solares o mais rápido possível e tornar nossas cadeias de suprimentos mais robustas, a Europa deve restabelecer seus próprios centros de produção de células solares de alta eficiência”, disse Ralf Preu, diretor da divisão de tecnologia de produção fotovoltaica da Fraunhofer. ISE. “Ao aumentar o rendimento e tornar a tecnologia de produção mais eficiente em termos de recursos, podemos reduzir consideravelmente os custos e desbloquear o potencial de sustentabilidade que poderemos alavancar graças ao conhecimento do processo e à excelência em engenharia.”


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