Innovative Production of Solar Cells by Epitaxial Technology (Innovative project in business sector - BIA)

Lønnsom produksjon av solceller i Norge forutsetter at cellene har høy effektivitet for omdanning av sollys til elektrisitet, effektivt forbruk av energi og råstoff, og automatisert produksjon slik at man kan konkurrere med produsenter fra lavkostland. Et selskap er etablert i Narvik for produksjon av solceller, basert på ny teknologi som er forventet å gi de nødvendige konkurransefortrinn. Cellene produseres ved en 'epitaxial' prosess hvor silisium utfelles på et substrat fra gassfase, noe som muliggjør produksjon av tynnere celler. Cellene skal videre prosesseres med en ny teknikk for å oppnå en høyere effektivitet for omdanning av sollys til elektrisitet. Resultatene fra forskningen utført i løpet av prosjektet skal bidra til spesifisering av den endelige produksjonsprosessen. Epitaksialreaktorteknologien ble vellykket demonstrert med en prototype i Q1 / 2017. Imidlertid oppstod det problemer med holdbarheten av noen reaktorkomponenter, hvilket nødvendiggjorde en redesign av deler av reaktoren. Planen for gjennomføring i Norge ble justert for å samsvare med vår partners fremdrift. Samtidig har markedsutviklingen for solcelleindustrien og teknologien blitt mer utfordrende i form av inntjeningspotensial (forretningsmodell). Markedspris for silisium-wafere var $4-5 per wafer når utviklingsprosessen startet i 2008, og den ligger nå på vel $0,30. Dette har også ført til et behov for oppskalering av produksjonsenheten for å redusere kostnadsnivå og forbedre forretningsmodellen. Prosjektet har utviklet en oppskalert modell, den har midlertid ikke blitt testet i praksis. Dette vil sannsynligvis blir utført sammen med industrielle aktør og investor i en ny fase av prosjektutvikling.

Gjennom prosjektet har partnere bygget opp kompetanse og kunnskap om flere nye fagfelt, og bruk av disse mot halvlederproduksjon. Forståelse for epitaxial deponering prosesser har blitt bygd opp gjennom utførelse av multifysisk simulering som har effektivisert design prosess og blitt verifisert gjennom pilot testing i USA. Wafer-etsing prosess har blitt videreført fra PhD studie, og oppnådde vesentlig lavere energiforbruk ved fullskala enn som hadde blitt rapportert under tidligere labforsøk. Automatisering av wafer handling for epitaxial produksjon av wafere har blitt utviklet og demonstrert med en pilot anlegg. Fabrikk arrangementer med høy grad av automatisering er utviklet i samarbeid med Crystal Solar i USA. Forretningsmodell er utviklet og justert for sammenligning opp mot tradisjonell produksjonsprosesser.

The effect goal for this project is the re-establishment of state-of-the-art production of solar cells in Norway, by Borealis Solar A.S. In order to compete against production from low cost countries the following key features are identified: * High material utilisation efficiency through reducing waste * Lower labour costs through automation * Market advantage for the product, through achieving higher cell efficiency. Collaboration between NORUT Narvik, Narvik Science Park, Narvik Capital and Scatec has resulted in the establishment of Borealis Solar AS as the company that will implement the solar cell production process. An epitaxial deposition process has been identified as representing the current state-of-the-art technology for producing solar cells that meets the key features listed above. Further development of this process will be made and tailoring of the subsequent processing to the properties of the epitaxial wafers will include the implementation of the alkaline etching process developed at NORUT Narvik, and automation technologies developed by Tronrud Engineering. The research tasks outlines in the project plan are required to enable Borealis Solar to adopt and adapt the new processing technologies provided by the partners. The challenges involved are proof of concept, scale up to industrial processes, achieving efficient production with low material and labour costs and high material and energy utilisation efficiency. The research activities directly impact on the reduction of the production cost, the realisation of market competitive solar cell efficiencies and the reduction of wastage.