Teknologi og råmaterialer i fremtidig solcelleproduksjon

1. Teknologi og råmaterialer i fremtidig solcelleproduksjon Erik Larsen & Knut L. SandvikInstitutt for geologi og bergteknikk, NTNU, 7491 Trondheim

3. Solcellemarkedet [MWP] [År] Gjennomsnittlig vekstrate for elektrisk solenergi i tidsrommet 1990-2001 var 22% pr. år Kvartsbehov:2001: ~ 65 000 tonn2010: ~ 350 000 tonn

4. Solcellemarkedet Tynn film Andre Multikrystallin Monokrystallin - Krystalline celler: laget av Si- Tynn film celler: laget av amorf Si/CdTe/CuInGa diselenide- Andre celler: elektrokjemiske celler, organiske celler, etc..

5. Solcelleproduksjon - krystallin Si 1) Gruvedrift og prosessering av råmat. (kvarts + koks)2) Karbotermisk reduksjon til metallurgisk grad Si (MG-Si)3) Rensing av MG-Si til elektronisk grad Si (EG-Si)4) Produksjon av blokker fra solar grad Si (SoG-Si)5) Wafer kutting og prosessering til celler - Kvartsitt og hydrotermal kvarts- Grovknusing- Renhet av kvarts: typisk 97-98% SiO2

6. Solcelleproduksjon - krystallin Si 1) Gruvedrift og prosessering av råmat. (kvarts + koks)2) Karbotermisk reduksjon til metallurgisk grad Si (MG-Si)3) Rensing av MG-Si til elektronisk grad Si (EG-Si)4) Produksjon av blokker fra solar grad Si (SoG-Si)5) Wafer kutting og prosessering til celler Kvarts + Karbon Karbotermisk reduksjon Raffinering MG-Si - Krav til størrelse (10-150 mm)- Renhet av MG-Si: typisk 98.5% Si

7. Solcelleproduksjon - krystallin Si 1) Gruvedrift og prosessering av råmat. (kvarts + koks)2) Karbotermisk reduksjon til metallurgisk grad Si (MG-Si)3) Rensing av MG-Si til elektronisk grad Si (EG-Si)4) Produksjon av blokker fra solar grad Si (SoG-Si)5) Wafer kutting og prosessering til celler MG-Si + HCl Triklorsilan (HSiCl3) Rensing av HSiCl3 Avsetning på Si stenger EG-Si - Bi-produkter/avfall- Meget energikrevende- Renhet av EG-Si: ppb-ppt

8. Solcelleproduksjon - krystallin Si 1) Gruvedrift og prosessering av råmat. (kvarts + koks)2) Karbotermisk reduksjon til metallurgisk grad Si (MG-Si)3) Rensing av MG-Si til elektronisk grad Si (EG-Si)4) Produksjon av blokker fra solar grad Si (SoG-Si)5) Wafer kutting og prosessering til celler Vekst (monokryst. Si) EG-Si avfall +prosesstap(SoG-Si) Si blokk Støp (multikryst. Si) - Meget energikrevende- Renhet av Si: ppm-ppb

9. Solcelleproduksjon - krystallin Si 1) Gruvedrift og prosessering av råmat. (kvarts + koks)2) Karbotermisk reduksjon til metallurgisk grad Si (MG-Si)3) Rensing av MG-Si til elektronisk grad Si (EG-Si)4) Produksjon av blokker fra solar grad Si (SoG-Si)5) Wafer kutting og prosessering til celler Si blokker Wafer kutting Celleprosessering Avkapp Sagetap Til blokkprod.

10. Produksjonskostnader - Mineralprosessering utgjør omtrent 0.5% av totale kostnader

11. Material forurensninger (ppm) A - God kvalitet klumpkvartsB - Prosessert hydrotermal kvartsC - Prosessert kvarts fra sonert pegmatittD - Hydrometallurgisk behandlet kvartsMG - Metallurgisk gradUMG - Oppgradert metallurgisk gradSoG - Solar grad

12. Renhet og pris på kvarts 1 ppm D ~ 1.5 - 2.5 $/kg 0.001 % C ~ 0.4 - 0.6 $/kg 0.01 % 0.1 % B ~ 0.1 - 0.2 $/kg A - KlumpkvartsB - Prosessert (normal pegmatitt)C - Prosessert (pegmatittkjerne)D - Hydrometallurgisk behandlet 1 % A ~ 0.05 $/kg

13. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

14. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Over 50% av totale kostnader Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

15. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Nesten 50% tap Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

16. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Omtrent 30% av totale kostnader - Meget energikrevende Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

17. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Omtrent 10% av totale kostnader - Meget energikrevende- Begrenset tilgjengelighet- Unødvendig høy renhet Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

18. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Omtrent 3% av totale kostnader- Urene råmaterialer - Kan ikke raffineres til SoG-Si kvalitet Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

19. Nåværende teknologi Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Mindre enn 0.5% av totale kostnader- Færre høy-kvalitets forekomster - Ingen prosessering pga. prosesskrav Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

20. Fremtidig rute Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Økt mineralprosessering- Elektrolyse / plasmametallurgi- Rensing kombinert med krystallisering Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Prod. av EG-Si EG-Si Gruvedrift & prosessering Klump kvarts Karbotermisk reduksjon MG-Si

21. Fremtidig rute Prod. of cells& cell modules Prod. av celler& cellemoduler Celle- modul - Økt mineralprosessering- Elektrolyse / plasmametallurgi- Rensing kombinert med krystallisering Wafer Wafer saging Prod. avblokker Blokk SoG-Si Gruvedrift & prosessering Prosess. kvarts Elektrolyse /plasmatekn.

22. Konklusjon - I tillegg vil totale kostnader gå ned

23. Konklusjon I DAG I MORGEN