Solceller lages i stor grad av silisium. Men silisiumet må være så rent som mulig for at solcellene skal bli effektive nok.
Over 90 prosent av verdens solceller er laget av silisium, og verdens mest miljøvennlige silisiumproduksjon til bruk i solceller foregår i Norge. Men også denne produksjonen fører til biprodukter som må deponeres. Nå kan den gjøres enda renere.
Silisium 1 Illustrasjon Colourbox
– Vi har funnet et nytt materiale som kan gjøre produksjonen enda mer bærekraftig, sier doktorgradsstipendiat Mengyi Zhu ved Institutt for materialteknologi ved NTNU.
Jobber sammen med industrien
Mengyi Zhu har jobbet tett sammen folk fra SINTEF og Universitetet i Oslo, men også med det norske selskapet REC Solar Norway i Kristiansand.
Arbeidet er utført ved det nasjonale senteret FME-Susoltech.
– En del av hovedstrategien for senteret er utvikling av nye bærekraftige prosesser for solcellesilisium råstoff produksjon, sier førsteamanuensis Jafar Safarian ved ved Institutt for materialteknologi ved NTNU.
REC Solar Norway er en av nøkkelpartnerne for senteret. Selskapet produserer solcellerent silisium i Kristiansand.
– REC Solar bruker allerede en metode som krever mindre energi og har et lavere karbonavtrykk enn andre produksjonsmetoder, fremhever Mengyi Zhu.
Sammenlignet med standardprosessene i dag gir REC Solars prosess bare 1/12 av CO2-utslippene per kilo silisium. (12 kilo CO2-ekvivalenter mot 141 kilo CO2-ekvivalenter .)
Men selv denne produksjonen kan altså bli enda renere.
Vil erstatte kalsium med magnesium
Det nye materialet består av en blanding av silisium, kalsium og magnesium (Si-Ca-Mg). Dette materialet kan erstatte rent kalsium som i dag brukes til å fjerne urenheter i silisiumet til bruk i solceller.
– Å bruke kalsium er det mest effektive for å fjerne urenheter i form av for eksempel fosfor, aluminium, jern og titan, forklarer Mengyi Zhu.
Men produksjonsmetoden gir forholdsvis stort tap av silisium. Dessuten gir den et uønsket biprodukt som må deponeres.
Mengyi Zhu. Foto: NTNU
– De siste årene har interessen for å bruke magnesium istedenfor kalsium økt. Magnesium fjerner også fosfor effektivt, er billigere enn kalsium og gir færre biprodukter. Men rent magnesium har flere ulemper, sier Mengyi Zhu.
En av ulempene er ikke akkurat liten heller. Hovedproblemet er at rent magnesium kan skape gnister. Som igjen gir fare for eksplosjoner. Det vil du jo ikke ha.
Blander Ca og Mg
Eksplosjonsfaren bidrar altså til at du ikke kan bruke rent magnesium for å fjerne urenhetene i silisiumet. Rent kalsium gir for mye forurensning.
Men det nye materialet gir mye muligheter. For dette er altså en blanding av de to stoffene.
– Ved å blande kalsium og magnesium i et bestemt forhold, forsvinner ulempene ved å bruke stoffene på nesten magisk vis, sier Mengyi Zhu.
Eksplosjonsfaren blir helt borte, energibruken blir mindre og produksjonen gir mindre avfall.
Det høres nesten for godt ut til å være sant, men den rette blandingen av de to stoffene fjerner eller reduserer ulempene ved dem begge.
Eksplosjonsfaren blir helt borte, energibruken blir mindre og produksjonen gir mindre avfall, sier førsteamanuensis Jafar Safarian.
For REC Solar er det potensielt mye å hente.
– Dette kan gi økt utbytte, mindre biprodukter og sikrere prosesser for REC Solar, sier Mengyi Zhu.
Den nye metoden fører til mindre avfall. Illustrasjon: NTNU
Prøver i større skala
Forsøkene er foreløpig utført i liten skala i laboratorium med lovende resultater. Men nå prøver Mengyi Zhu og de andre forskerne ut metoden i større skala.
– NTNU og SINTEF vil fortsette med å lete frem skattene som Si-Ca-Mg-legeringer byr på, sånn at vi i nær fremtid kan gjøre silisium for solceller enda renere, sier seniorforsker Kai Tang hos SINTEF.
Industrien begynner for alvor å bli interessert i å samarbeide med dem. REC Solar Norway går foran i arbeidet med å gjøre silisiumproduksjonen renere.
I disse dager begynner bedriften å resirkulere silisiummateriale som tidligere har gått tapt i produksjonen av de tynne silisiumskivene som blir til solceller.
Det er helt klart teknologisk interessant.
– Denne produksjonen er nå den mest miljøvennlige i verden, og du finner den bare i Norge, sier Mengyi Zhu.
Dette kan igjen gi fordeler i et marked som antakelig bare vil vokse de kommende årene.
– Om vi tar i bruk dette er også avhengig av økonomi og kostnad for råmaterialene. Den biten er ikke undersøkt ferdig ennå. Men det er helt klart teknologisk interessant, sier senioringeniør Ronny Glöckner hos REC Solar Norway AS.
