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La startup vise à réduire de moitié le coût des cellules solaires
Technologies Twin Creeks – une startup qui opérait en secret jusqu'à aujourd'hui – a développé un moyen de fabriquer de fines plaquettes de silicium cristallin qui, selon elle, pourraient réduire de moitié le coût de fabrication des cellules solaires en silicium. Il a fait la démonstration de la technologie dans une petite usine de cellules solaires de 25 mégawatts par an qu'il a construite à Senatobia, dans le Mississippi.
Puissance flexible : Les plaquettes de silicium revêtues de métal de 20 micromètres d'épaisseur de Twin Creeks sont flexibles et solides.
Siva Sivaram, PDG de Twin Creeks, affirme que la technologie de l'entreprise réduit à la fois la quantité de silicium nécessaire et le coût de l'équipement de fabrication. Il affirme que la société peut produire des cellules solaires pour environ 40 cents le watt, contre environ 80 cents pour les cellules solaires les moins chères actuellement. Twin Creeks a levé 93 millions de dollars en capital-risque, ainsi que des prêts de l'État du Mississippi et d'autres sources qu'il a utilisées pour construire son usine solaire.
La manière conventionnelle de fabriquer les plaquettes de silicium cristallin, qui représentent la majeure partie des cellules solaires, consiste à découper des blocs ou des cylindres de silicium en plaquettes de 200 micromètres d'épaisseur, un processus qui transforme environ la moitié du silicium en déchets. L'industrie utilise des plaquettes de 200 micromètres car les plaquettes beaucoup plus fines que cela sont cassantes et ont tendance à se casser sur la ligne de fabrication. Mais en théorie, ils pourraient mesurer jusqu'à 20 à 30 micromètres et être tout aussi efficaces, voire plus efficaces, pour convertir la lumière du soleil en électricité.
Le processus de Twin Creeks produit des plaquettes de 20 micromètres d'épaisseur en grande partie sans déchets. Cela implique l'application d'une fine couche de métal qui les rend suffisamment durables pour survivre aux équipements de traitement de cellules solaires conventionnels. Sivaram dit qu'en réduisant considérablement l'utilisation de scies à fil et d'équipements connexes et en fabriquant des plaquettes plus minces, Twin Creeks réduit la quantité de silicium nécessaire de 90 % et réduit également considérablement les coûts d'investissement. Il dit que la technologie peut être ajoutée aux lignes de production existantes. Le principal objectif de l'entreprise est de vendre des équipements de fabrication plutôt que de produire des cellules solaires. Je pense qu'à la même époque l'année prochaine, nous aurons une demi-douzaine à une douzaine de ces outils sur le terrain, dit-il.
Accélération de l'énergie solaire : Hyperion 3 de Twin Creeks est un accélérateur d'ions qui bombarde des plaques de silicium avec des ions hydrogène pour produire des plaquettes solaires très minces pour les cellules solaires. Les plaques de silicium sont disposées autour de l'extérieur de la structure des rayons, qui tourne lorsque les plaquettes sont frappées par des ions.
Le processus commence dans une chambre à vide, où un faisceau d'ions hydrogène à haute énergie bombarde des disques de silicium cristallin de trois millimètres d'épaisseur. Les ions s'accumulent à une profondeur précise de 20 micromètres, qui est contrôlée par la tension du faisceau. Une fois que suffisamment d'ions s'accumulent, un bras robotique retire rapidement les plaquettes, qui sont ensuite placées à l'intérieur d'un four, où les ions du silicium forment des bulles microscopiques d'hydrogène gazeux qui se dilatent, créant de minuscules fractures dans la plaquette de silicium et provoquant un épaisse couche de silicium pour s'écailler. L'entreprise applique ensuite un support métallique sur le silicium mince. (Le processus propriétaire qu'il utilise le distingue d'une autre entreprise, Astrowatt , ce qui donne des plaquettes aussi fines . Mais les plaquettes d'Astrowatt sont légèrement incurvées, ce qui pourrait les rendre difficiles à manipuler dans les équipements de production conventionnels.)
Les plaquettes Twin Creeks sont compatibles avec les équipements de production de cellules solaires conventionnels et avec les processus actuellement utilisés pour fabriquer des conceptions avancées de cellules solaires, telles que les cellules à hétérojonction. Sivaram dit que le processus aux ions hydrogène fonctionne avec des matériaux monocristallins autres que le silicium, y compris l'arséniure de gallium, un semi-conducteur qui a été utilisé pour produire des cellules solaires à efficacité record.
L'utilisation d'un faisceau d'ions pour créer des plaquettes minces de silicium cristallin a déjà été envisagée, mais c'était beaucoup trop coûteux pour être une méthode de fabrication pratique. Cela nécessitait un accélérateur de particules capable de produire des faisceaux d'ions à la fois à très haut courant et à très haute énergie, et une telle bête n'existait pas, dit Sivaram. Pour rendre la technologie viable, Twin Creeks a développé un accélérateur d'ions 10 fois plus puissant que n'importe quel accélérateur disponible dans le commerce, dit-il.
Bien que l'entreprise souligne que la technologie est compatible avec les lignes de production existantes, elle nécessite au moins un changement. Habituellement, les plaquettes sont traitées pour créer une texture de surface rugueuse qui les aide à absorber la lumière plutôt qu'à la refléter. La texture est faite de pyramides qui sont à peu près aussi hautes que les plaquettes Twin Creeks sont épaisses, il n'est donc pas pratique à utiliser avec les nouvelles plaquettes. Sivaram dit que la société a mis en œuvre une technologie antireflet alternative qui permet à ses cellules solaires de fonctionner aussi bien que celles fabriquées avec le processus conventionnel.