Seçici Emitör Solar Hücre Üretim Bantları-1

07 Şubat 2010

Yüksek verimli güneş enerjisi kristal silikon hücreleri üretimi için anahtar teslim çözümlerde son trend “seçici emitör (selective emitter)” teknolojisi oldu. Bu makale dizimizde seçici emitör çözümü sunan üç adet tedarikçinin uygulama metotlarını özetlemeye çalışacağız.

Yapılan hesaplamalara göre solar hücrelerin verimini %1 arttırmak üretim maliyetlerinin %6 düşürülmesini sağlar. Almanya merkezli anahtar teslim PV hattı üreticisi Centrotherm Photovoltaics AG’nin Genel Müdürü Peter Fath yüksek verimli solar hücrelerin etkisini bu şekilde ifade ediyor. Silisyum yongalarının, hücrelerinin ve solar modüllerin fiyatlarının hızla düştüğü ortamda güneş enerjisi solar PV üreticileri üretim maliyetlerini düşürmek için mümkün olan bütün yöntemleri uygulamaya çalışıyor.

Gittikçe artan bu baskı, yaptıkları işin başarısı verim ve çıkış gücü gibi birkaç parametreye bağlı olan anahtar teslim fotovoltaik üretim hattı üreticileri tarafından daha ağır hissediliyor. Eğer bu parametrelerin değerleri rekabetçilerinin sundukları değerlerin altında kalırsa güneş enerjisi solar PV piyasasında tutunmaları imkansız hale gelir.

Kullanılan ekipmanın ve proseslerin optimizasyonu bir üretim bandının performansını arttırmanın en basit yöntemidir. Bu metot yeni makine ve teçhizat için mali kaynak aktarılmasına gerek kalmadan teknik çaba ve işgücüne dayanır. Fakat performans geliştirme sürecinde öyle bir noktaya gelinir ki optimizasyon faaliyetlerinin artık bir etkisi görülmez olur. Centrotherm Teknik Müdürü Josef Haase bu aşamaya ulaştıklarını düşünüyor. Haase durumu “Öyle bir noktaya geldik ki artık optimizasyonlardan fayda sağlayamıyoruz” şeklinde özetliyor.

Solar modül üretim bantlarında maliyetleri düşürmenin en etkin yolu verimi yükseltmektir. Centrotherm’den Haase’nin iş arkadaşı Fath yüksek verimli solar hücrelerin üretimi söz konusu olunca proseslerin karmaşıklığından dolayı maliyetlerin yüksek olduğuna dikkati çekiyor. Güneş enerjisi solar hücre piyasa araştırması yapan bazı danışmanlık kurumlarının raporlarında Çin’in bu alandaki en önemli üreticilerinin klasik kristal solar hücre teknolojilerinin satış fiyatlarında 30 Dolar Cent / Watt seviyesini yakalarken, verim lideri SunPower’ın maliyetlerinin 70 Dolar/Cent seviyesinde olduğunu tahmin ediyor.

Peki güneş enerjisi solar hücre üretim bantlarında günümüzün teknolojisini kullanarak düşük maliyetlerle yüksek verimler yakalamak mümkün mü? Bunun için seçici emitör metodu bir umut olabilir. 2008 yılında Çin’li solar hücre üreticisi Sunergy tarafından ticari ölçekte kullanılmaya başlanan seçici emitör teknolojisi sadece ilave birkaç proses adımıyla klasik solar hücre üretim bantlarına monte edilebilmektedir. Seçici emitör teknolojisindeki bu fırsatı gören en önemli üç anahtar teslim solar hücre üretim bant geliştiricisi Centrotherm, Schmid Group, ve Manz Automation – Roth & Rau AG yüksek verimli üretim hatlarını paket halinde sunmak için prosesle ilgili hummalı bir çalışmaya giriştiler.

Seçici Emitörlerin Avantajları

Standart birörnek emitörlerden farklı olarak metal kontakların hemen altındaki fosfor konsantrasyonunun ve optik aktif yüzeyin bir arada düşük konsantrasyonlu bir sığ difüzyon profilinde aynı anda muhafaza edildiği seçici emitör metodunun amacı farklı difüzyon profillerine ulaşmaktır. Metot uzun bir süre önce geliştirilen bir solar hücre teknolojisi olmasına rağmen ticari boyuta ulaşana kadar bir çok zorlukla karşılaştı. Schmid’ten Frank Tinnefeld’e göre en önemli zorluk uygun bir üretim ekipmanının bulunmamasıydı. Fakat bundan da ilginci, seçici emitör teknolojisine ilgiyi başlatan esas olayın Çin’li Sunergy firmasının anahtar teslim üretim bantları geliştirmeye başlamış olmasıdır.

Seçici emitör ifadesi, teknolojinin difüzyon prosesiyle alakalı olduğunu anımsatsa da üretim ekipmanları açısından difüzyon fırınlarının yanı sıra baskı makinesinin ve makinenin hizalama yeteneklerinin de seçici emitörlerin verimin yükseltilmesine yardımcı olmasında büyük etkisi vardır. Seçici emitörlerle ilgili optimal prosesin seçilmesinde en önemli kriter; bu yeni teknolojiyi, üretim hattına eklenmesi gereken yeni ekipman miktarını ve mevcut ekipman üzerinde yapılacak yeniden konfigürasyon işlemlerini minimum seviyede tutarak monte etmektir. İşin ilginç yanı bu gereksinimleri yerine getirmelerine rağmen anahtar teslim solar hücre üretim bandı tasarlayan firmalarının üçünün de seçici emitör üretiminde birbirinden farklı metotlara ulaşmış olmalarıdır.

Centrotherm – açık alanı saklıyor…

Yüksek verimli güneş enerjisi solar hücre üretim bandına FlexLine Plus adını veren Centrotherm seçici emitör prosesini başarmak için mevcut sistemine üç adet işlem basamağı daha ilave etti.

• Oksit maskeleme katmanı uygulaması,
• Lazerle yapılandırma,
• Bozucu aşındırma.

Bıçaklar yardımıyla gerçekleştirilen bozucu aşındırma adımından sonra, yüzey üzerinde oksitimsi bir katman oluşturulur. Bu alan üzerinde daha sonra üzerine kontak iletkenlerinin basılacağı kontak alanları lazerle oyulur. Lazerle açılan yollar 250 – 300 μm, bu yollara film baskıyla yerleştirilen kontak iletkenleri de 80 – 100 μm kalınlığındadır. Şu anda hala aşındırma metodunu kullanan Centrotherm gelecekte bu kimyasal yöntem yerine silikon yüzeyine zarar vermeyen yeni bir lazer teknolojisini kullanmayı planlamaktadır. Bu teknoloji sayesinde solar hücrelerin yüzeyine kontak iletkenleri maskeleme yüzeyi arasında aktif bir alan olarak doğrudan diffüze edilecektir.

Bu değişikliklerin dışında Centrotherm’in standart proses dizisi uygulanır. Maskeleme yüzeyinin kaldırılması işlemi bile yeni bir süreç gerektirmez. Haase’nin ifade ettiğine göre bu yaklaşımın avantajı; şu anda 25 μm hassasiyete sahip dizgi cihazının yeterli olması durumunda bu metodun firmanın standart üretim bandına adapte edilebilecek olmasıdır. Şu anda kullanılan baskı makineleri gerekli hassasiyeti yakalamaya yetecek durumdadır. Üretim testlerinde Centrotherm polikristal solar hücrelerde %16.6, monokristal solar hücrelerde ise %18 verim oranlarına ulaştı. Bu standart ürünlere göre polikristalde 0.6, monokristalde ise 0.8 puan verim artışına denk geliyor. Haase’ye göre standart solar hücre ve ya da seçici emitör solar hücre fark etmeksizin üretim bandı istikrar kazanınca ve solar hücre üreticileri tecrübelendikten sonra %0.2’lik bir verim artışı daha gerçekleşecek.

Üretim bandı kapasitesine gelince; Centrotherm optimum tesis kapasitesini 60 MW olarak hesaplıyor. Bunun yanında firma 30 MW’lık üretim bantları üzerinde çalışıyor.

Centrotherm ayrıca kullanılmakta olan standart solar hücre üretim bantlarının seçici emitör teknolojisine yükseltilmesini de sağlayacak. Böyle bir geliştirme işleminde Haase maliyet etkinlik açısından en az iki adet üretim bandına sahip müşteriler için en avantajlı seçeneğin bu ikisini birleştirmek olduğunu düşünüyor. Seçici emitör (selective emitter) güneş enerjisi hücrelerini üretmek için ortaya çıkacak ilave maliyet standart hattın maliyetinin % 0.6 – 1 arasında değişmektedir. Fakat hücrelerin üreteceği enerji miktarı artacağı için watt başına maliyet düşmüş olacaktır. Bu maliyet hesabında standart üretim hattına göre %20 – 25 daha yüksek olacak olan ilk sermaye yatırım masrafları göz önüne alınmamaktadır. Şimdiye kadar 10 adet yüksek verimli solar hücre üretim bandını sattığını açıklayan Centrotherm, bu ürünlerini 19 – 20 milyon Euro’ya pazarladı.

Devam Edecek…