Ett nytt onlineverktyg framtaget av MIT-forskare hjälper solcellstillverkare världen över att nå sin fulla potential.
Vid tillverkning av kiselsolceller används extremt rena kiselkristaller, som går igenom flera stadier av uppvärmning och nerkylning. Det enda sättet att räkna ut vilken renhetsgrad som lämpar sig bäst, hur mycket kristallerna ska värmas upp och under hur lång tid de ska värmas har emellertid hittills bara kunnat göras genom att testa sig fram.
Eftersom experiment av det här slaget är kostsamma har de flesta företag enligt David Fenning vid MIT (Massachusetts Institute of Technology) i USA inte råd att testa alla olika tänkbara variationer för att komma fram till den bästa processen i varje enskilt fall. De tvingas därför välja det bästa av ett begränsat antal alternativ.
Fenning och hans kollegor vid MIT har nu emellertid tagit fram ett verktyg som gör det möjligt att hitta den bästa möjliga lösningen utifrån de givna förutsättningarna.
Det nya verktyget heter I2E (Impurities to Efficiency) och finns tillgängligt online på http://pv-i2e.mit.edu. Med hjälp av verktyget kan företag och forskare utan kostnad utforska alternativa tillverkningsmetoder genom att ange de material och tillverkningssteg de planerar att använda. På bara cirka en minut ger sedan en simulering svar på hur effektiv den resulterande solcellen skulle bli.
En viktig faktor när det gäller att bestämma en solcells effektivitet är storleken och fördelningen av järnpartiklar i kiselkristallerna, vilket är svårt att både förutsäga och mäta.
Hur järnatomerna är fördelade påverkar resultatet eftersom de blockerar flödet av elektroner. Fenning jämför fenomenet med en grupp protestanter i en stad.
– Om de samlas i en och samma korsning blockerar de trafiken just där, men bilar kan fortfarande hitta en väg runt och störningen blir liten. Men om det står en person i mitten av varje korsning kan det stänga ner hela staden, även om antalet människor är detsamma, säger Fenning.
För att lösa problemet använde sig gruppen vid MIT, i samarbete med Solar Energy Institute vid Technical University of Madrid i Spanien, av grundläggande fysik och detaljerade datorsimuleringar för att förutsäga exakt hur järnpartiklar kommer att bete sig under tillverkningsprocessen. Resultaten bekräftades därefter experimentellt med hjälp av en röntgensynkrotron vid Argonne National Laboratory i USA.
I2E har varit tillgängligt sedan i juli 2011 och hittills har cirka 2 000 simuleringar genomförts. En av användarna är företaget Varian Semiconductor Equipment Associates, som gör utrustning för tillverkning av solceller. Företaget har tack vare verktyget kunnat finjustera en av sina maskiner så att den framställer kiselplattor till solceller fem gånger så fort som tidigare, samtidigt som de färdiga solcellerna blir något effektivare.
– Nu när verktyget är tillgängligt hjälper det tillverkare att balansera produktkvalitet och produktionstid, menar Fenning.
