При изготовлении солнечных панелей кремний проходит несколько высокотемпературных процессов, известных как отжиг. В настоящее время клетки готовятся в духовке.

Но в статье, опубликованной в американском журнале Письма по прикладной физике команда, возглавляемая старшим преподавателем д-ром Бинешем Путхеном Веттилом из Инженерной школы, показала, что нагрев с использованием микроволнового излучения почти так же эффективен. Кроме того, это значительно экономит время и энергию и имеет другие преимущества.

Поскольку микроволновое излучение избирательно нагревает кремний, это приводит к почти мгновенным эффектам с огромной экономией энергии. Отчасти это объясняется тем, что остальная часть многослойной панели из стекла, пластика и алюминия практически не пострадала. И это свойство, которое привело к неожиданному преимуществу в области переработки отходов, на которое группа подала заявку на патент.

Преимущества переработки отходов

При микроволновой обработке пластиковое покрытие (этиленвинилацетат), защищающее кремниевую пластину от влаги и загрязнений, размягчается до такой степени, что его можно снять механическим способом. Это означает, что пластину можно легко отслаивать, а ее компоненты использовать повторно без применения агрессивных химикатов.

"До сих пор имело экономический смысл просто выбрасывать панели на свалку", - говорит доктор Веттил. "В редких случаях, когда панели перерабатываются, вы измельчаете их, нагреваете примерно до 1400 °C и промываете химикатами для удаления пластика - процесс, требующий больших затрат энергии. Но теперь, когда срок службы солнечных панелей, которые начали устанавливаться в огромных количествах около 20-30 лет назад, подходит к концу и их выводят из эксплуатации, правительства требуют их вторичной переработки".

Селективный отжиг

Микроволновый отжиг имеет ряд других преимуществ. Способность фокусировать микроволновое излучение означает, что нагрев, который оно вызывает, может быть избирательным и точно настроенным. Например, в некоторых новых панелях используется так называемая технология гетероперехода, при которой кристаллический и аморфный кремний чередуются. В этих ячейках очень выгоден более быстрый и направленный отжиг.

Точная фокусировка также означает, что отжиг может быть направлен на определенные части солнечной панели, что делает его идеальным для отжига солнечных панелей с более сложными внутренними структурами, изготовленными для специальных целей.

И, в отличие от печи, где со стенок удаляются всевозможные химические вещества, отжиг в микроволновой печи происходит в чистой среде. "Таким образом, загрязнений меньше", - говорит доктор Веттил. - И весь процесс можно проводить при комнатной температуре".

Новые материалы

В Маккуори реализуется несколько других проектов, связанных с солнечными батареями и устойчивой энергетикой. Один из соавторов статьи об отжиге, доцент Шуцзюань Хуан, возглавляет группу, изучающую микроволновый отжиг в перовскитных солнечных элементах. Перовскиты - это группа кристаллических минералов с полупроводниковыми свойствами, которые в будущем могут быть использованы для солнечных элементов, поскольку они гибкие, легкие и дешевые в производстве.

В этом случае микроволновое излучение позволило получить более эффективные солнечные элементы по сравнению с обычными методами отжига, но причина неясна. Текущая работа проводится частично для того, чтобы ответить на этот вопрос.

Исследование доктора Веттила в сотрудничестве со школой фотовольтаики UNSW было начато при финансовой поддержке Австралийского центра передовой фотовольтаики и получило дальнейшую поддержку правительства Австралии через Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии.

Доктор Бинеш Путен Веттил - инженер-электронщик инженерной школы Университета Маккуори, проявляющий особый интерес к возобновляемым источникам энергии.