Уникальной разработкой специалистов Twin Creeks Technologies является высокотехнологичный ионный ускоритель, с использованием которого становится возможным изготовление чрезвычайно тонких кремниевых фотоэлектрических элементов – в десятки раз тоньше существующих сегодня.
Изготовление столь тонких солнечных батарей сопоставимой мощности позволяет экономить на наиболее дорогих компонентах фотоэлектрических элементов, что в конечном счете делает возможным снижение стоимости готового продукта вплоть до четырехсот долларов за один киловатт инсталлируемой мощности.
Упомянутый выше Twin Creeks Technologies, является небольшим американским стартапом, функционирующим до недавнего времени в условиях максимально возможной скрытности. Завеса его тайны была приоткрыта только для демонстрации во всех смыслах уникального метода изготовления фотоэлектрических элементов. Следует также отметить, что используемая технология вполне может быть реализована в промышленных масштабах: с использованием одной только установки было создано достаточное количество солнечных батарей, для переоснащения фотоэлектрической станции в Сенатобии, что в американском штате Миссисипи, мощность которой составляет более 25 мегаватт.
Специалисты компании отмечают, что используемые сегодня способы изготовления фотоэлектрических элементов на основе кремния не способны в полной мере реализовать весь потенциал данного материала в генерации электрической энергии. Стандартными на данный момент времени считаются нарезаемые в 200 мкм блоки, в то время как нижний теоретический порог для подложек из кремния составляет всего 20-30 мкм. Примечательно, что коэффициент полезного действия более тонкой пластины примерно равен оному стандартной пластины, а иногда и заметно превосходит его. Причина такого нерационального стандарта для фотоэлектрических элементов заключается в технологических сложностях, с которыми сталкиваются производители фотоэлектрических элементов. Кром того, изготовленные тонкие образцы чрезвычайно хрупки и, как правило, не могут выдерживать механического воздействия, создающегося автоматизированным конвейером и при их дальнейшей транспортировке.
Для преодоления данной проблемы решено было использовать ускоритель заряженных частиц. Ранее подобные эксперименты не однократно применялись различными учеными, однако о промышленной реализации технологии речи тогда не велось. Это связано с сопутствующими сложностями, а именно с необходимости создания ускорителем равномерного потока ионов с необходимыми характеристиками. В бюджетных ускорителях добиться необходимых показателей было невозможно, в то время как качественное оборудование стоило баснословных денег, что не позволяло его использовать для промышленного производства тонких фотоэлектрических элементов. Технологический прогресс, движущийся семимильными шагами, позволил специалистам компании создать относительно недорогой и достаточно эффективный ускоритель для использования в производстве сверхтонких солнечных панелей.
Технологически процесс производства сверхтонких фотоэлектрических элементов вкратце выглядит следующим образом: пучок протонов высокой энергии в специальной вакуумной камере бомбардирует трехмиллиметровые диски, выполненные из кристаллического кремния. Вольтаж данных катионов водорода идентичен и рассчитывается таким образом, чтобы они проникали на установленную глубину – двадцать микрометров. При накоплении необходимого количества ионов на установленной глубине, в дело вступает роботизированный манипулятор, который невероятно быстро перемещает кремниевую пластину в специальную печь. Под действием высоких температур, ионы на глубине своего залегания образуют микроскопические пузырьки водорода, вследствие его интенсивного расширения под термическим воздействием. Расширение пузырьков водорода становится причиной образования крохотной сети трещин, находящейся на удалении в двадцать микрометров от поверхности кремниевой пластины. Полученный таким способ тонкий слой отделяется от толстой трехмиллиметровой заготовки, в то время как с его тыльной стороны должны быть размещена гибкая подложка из металла, позволяющая готовому фотоэлектрическому элементу выдерживать нагрузки в дальнейших технологических процессах, в перевозке и непосредственно эксплуатации. Кроме того, такая солнечная панель имеет высокий показатель устойчивости к перепадам температур и влажности.
Данный способ изготовления фотоэлектрических элементов имеет высокую схожесть с проектом компании Astrowatt, однако ее специалисты не использовании оригинальную пленку из металла, из-за чего полученные фотоэлементы имели заметную изогнутость, ограничивающую сферу их применения.
После отделения фотоэлектрического элемента от толстой кремниевой пластины, она вновь отправляется в вакуумную камеру для повторения процесса и отделения следующего слоя кремния. Это позволяет снизить более чем на девяносто процентов расход недешевого кристаллического кремния, в сравнении с традиционными методами изготовления солнечных батарей. Следует отметить, что при изготовлении традиционных фотоэлектрических элементов более сорока процентов от конечной стоимости изделия приходится именно на кристаллический кремний. Уникальный производственный процесс позволяет компании Twin Creeks создавать элементы на основе кристаллического кремния, стоимость которых в два раза ниже самых доступных полимерных фотоэлектрических элементов – четыреста долларов за киловатт инсталлируемой мощности, против восьмисот долларов у пленочных фотоэлементов.
Несмотря на то, что уникальный метод изготовления солнечных панелей с использованием ускорителя частиц не позволяет добиться феноменальной эффективности, столь значительное снижение стоимости готового изделия может свершить самую настоящую энергетическую революцию, поменяв представление людей о фактической стоимости солнечной энергии. Экономический показатель элементов нового типа сопоставим с параметрами самых совершенных гидроэлектростанций, до этого не имеющих аналогов по экономической доступности вырабатываемой энергии. Вместе с тем, следует отметить, что установленная мощность фотоэлектрических элементов рассчитывается при условиях, максимально приближенных к идеальным – середина ясного дня в солнечном регионе. Для оценки реальной выработку энергии, необходимо поделить базовую величину на два, а затем еще на два, поскольку солнце светит далеко не целые сутки. Несмотря на это, годовая отдача солнечных батарей нового типа превысит 2000 киловатт-часов на каждый киловатт установленной мощности.{odnaknopka}