SolCru - New formulation and method for material doping of high purity quartz sand for enhanced viscosity and thermal stability.

Solcellemarkedet er forventet å vokse med omtrent 8 % frem til 2030, noe som vil føre til økt konkurranse og utvikling av nye teknologier som vil redusere prisene på solcellepaneler betydelig. Under produksjonen av monokrystallinske silisium ingoter for wafere brukt i solceller, brukes kvartsglassdigler til å holde silisiumsmelten på 1420 oC. Forventet levetid for en digel er omtrent 175 timer, mens kostnaden for en enkelt digel er rundt 2000 USD. Derfor vil en moderat økning på 10 % i levetiden til digelen føre direkte til en betydelig kostnadsbesparelse i digler for produsenten av wafere, mens de mest betydelige besparelsene vil komme fra redusert nedetid og økt wafer-produktivitet. Dette prosjektet har som hensikt å utvikle en ny sammensetning og metode for å dope høyrent kvartssand for å forbedre den termiske stabiliteten og viskositeten i kvartsglassdigler som brukes i produksjonen av wafere til solceller. Hovedmålet er å forlenge levetiden til diglene i høytemperaturprosesser ved å implementere et dopemiddel som øker stabiliteten uten å degradere silisium ingoten. Dette prosjektet skal gjennomføres i et konsortium med NTNU og SINTEF.

This project aims to develop a novel formulation and process for doping high purity quartz sand to enhance the thermal stability and viscosity of quartz crucibles used in solar wafer production. The primary objective is to extend the lifespan of crucibles in high-temperature processes by introducing a dopant that increases stability without degrading the silicon melt. The most critical R&D challenges involve: * Identifying a dopant that can increase the viscosity and thermal stability of quartz without introducing impurities that degrade silicon wafers. * Understanding the atomic and lattice-level mechanisms through which a new dopant interacts with the quartz structure, as these mechanisms are not yet fully understood. * Developing accurate simulation models that can reliably predict the behavior and characteristics of doped quartz glass when melted, which will be key to guiding the formulation and optimizing the doping process. * Overcoming current limitations in external doping processes, including contamination risks and high costs, by developing an in-house method for the precise and homogeneous distribution of the dopant. By addressing these challenges through advanced modeling, simulation, and experimental testing, the project will deliver a scalable process for future industrial application, providing a competitive edge through longer-lasting crucibles. This will lead to significant cost savings for solar wafer producers and contribute to waste reduction, aligning with sustainability goals in renewable energy production. This project will be carried out in a consortium with Department of Materials Technology NTNU as well as with SINTEF Industry.