LOW-COST HIGH-QUALITY MONOCRYSTALLINE SILICON-INGOT CASTING

Det faller nok sollys til jorden i løpet av en time til å møte verdens energibehov for et helt år: utfordringen er å lære hvordan man kan utnytte denne energien på en kostnadseffektiv måte. Omdannelse av sollys til elektrisitet kan gjøres ved forskjellige metoder: En av de reneste og mest brukte er å anvende den fotoelektrisk (PV) effekten, hvor lys blir omformet direkte til elektrisk energi ved hjelp av et passende PV-materiale. Solceller og moduler laget ved hjelp av et slikt materiale produserer miljøvennlig elektrisk energi i 25 år tilnærmet vedlikeholdsfritt. Materialvalget for de fleste av dagens solcellemoduler er silisium: over 90% av alle moduler produsert er laget ved hjelp silisium som aktivt PV materiale. Silisium er miljøvennlig, rikelig tilgjengelig (25% av jordskorpen består av silisium) og PV effekten er nesten perfekt tilpasset sollysets bølgelengder. Men en høy solvirkningsgrad krever et svært rent (99,99999% renhet) og strukturelt perfekt silisium, betingelser som bidrar økte produksjonskostnader. Norwegian Crystals AS spesialiserer seg på produksjon av svært rent krystallinsk silisium. Hovedproduktet, monokrystallinske silisiumblokker, produseres i spesialovner under meget rene forhold. I dette prosjektet utviklet vi ovns designet, materialer og prosesser som gir oss mulighet til å produsere silikonblokker av høyere kvalitet med lavere kostnader, slik at kostnaden for solenergi blir redusert og at den blir et enda mer konkurransedyktig alternativ til konvensjonelle fossile energikilder. I løpet av prosjektet har vi utviklet spesialisert utstyr som arbeider under ekstreme forhold (høye temperaturer, opptil 1500 C, og svært lave trykk) slik at vi kan øke produktiviteten, avkastningen og materialkvaliteten.

Solar Electricity based on Photovoltaic (PV) technologies is competitive in several markets and projected cost reductions will make it a major energy source within less than a decade. This requires continuous cost reduction and technological improvements in production processes and materials. PV-companies must be on par with these requirements, not only to be able to stay competitive but also to exist in the future. In this project we will develop new processes and materials for production of high-quality and low-cost silicon for PV-solar market. The project team consist of Norwegian Crystals AS, whose furnace technology will be advanced beyond state of the art, and SINTEF who are one of the world leaders in silicon materials for solar-cell applications. The project targets crystal-growth solutions via radical furnace hot-zone constructions by utilising innovative thermal designs, using possible new materials and employing novel process-methods. These will be realised by a combination of fundamental understanding of material behaviour, gained from laboratory-scale model-systems and by industrial-scale trials where both evidence-based and statistical-analysis methods, supported by numerical simulations, are utilised. Total value creation of the project in terms of cost-reduction can be estimated to be around 40 % reduction in conversion cost, which corresponds to an annual saving of 30-40 MNOK, while the project is envisaged for duration of 3 years with a total budget of 26 MNOK.