Важкий хлопчик на дієті; pv журнал Німеччина
Потрійний зелений, частина 4: Телурид кадмію є суперечливим, оскільки він містить важкий метал. Все-таки це перемога для фотоелектрики. Модулі є надзвичайно дешевими, і у виробництві майже не використовуються кислоти та токсини.
розділити
Спокійний, малошумний та майже повністю автоматизований: виробничі лінії у First Solar у Франкфурті-на-Одері працюють синхронно з оптимізованою виробничою лінією. Тут не віддають ні грама матеріалу. Підлога в просторому залі виглядає негерметичною, повітря всередині настільки ж чисте, як і поза фабрикою. Це має бути так, оскільки First Solar працює з телуридом кадмію. Цей напівпровідник, який містить важкий метал кадмій, ідеально підходить для тонкоплівкових модулів. Пил, що утворюється під час обробки модулів, особливо важливий у виробництві, оскільки важкі метали розвивають свою шкідливу дію в основному через легені. При вдиханні кадмій підозрюється в тому, що він викликає рак - подібно до кремнієвого пилу, який викликає страшний силікоз.
Експерти сперечаються щодо того, чи є і наскільки токсичний телурид кадмію. Оскільки тут кадмій виступає не в елементарній формі, він утримується у дуже стабільному зв’язку. За відсутності надійних досліджень вирує релігійна війна. Чи телурид кадмію настільки небезпечний, як кадмій? Це можливо. А може, це неправда. Щоб уникнути будь-яких сумнівів, на заводі у Франкфурті діє закон про чистоту, який робить деяке виробництво клітин для кремнію досить старим.
First Solar розробила власні виробничі потужності. На початку є скло. Після промивання скляну пластину покривають прозорим фронтальним контактом (TCO), виготовленим із легованого фтором оксиду олова. У розділових камерах модулі отримують так зване покриття - бар'єрний шар із сульфіду кадмію (CdS), щоб натрій зі скла не забруднював напівпровідниковий шар. TCO і буфер CdS складають рівень n-типу. Шар CdTe має p-тип. Він виготовляється з грануляту CdTe, який випаровується у вакуумі і осідає на склі. Контейнер з гранулятом постачається на виробничу лінію постачальником і підключається герметично. Система всмоктує його, щоб покрити окуляри.
"Розділювальні камери та пар очищаються автоматично", - пояснює Бургард фон Вестерхольт, керівник заводу у Франкфурті-на-Одері. «Щоб своєчасно замінити фільтри, ми постійно контролюємо умови тиску». Перепад тиску у фільтрі показує, наскільки засмічені телурид кадмію та сульфід кадмію в його порах. Фільтри міняють вручну, постачальник грануляту також бере їх назад для належної утилізації.
Після покриття рідкий хлорид кадмію використовується для підтримки кристалізації та затвердіння напівпровідника в печі. Лазери випалюють структуру клітин у шар. Отриманий пил також негайно витягується. Лазер вирізує 116 окремих клітин з пластини, щоб електрично з’єднати їх. Далі йде задній кінець: металевий контакт на задній панелі модуля з молібдену, плівка EVA та заднє скло. Скло-скляний модуль залишається в ламінаторі протягом чверті години для зварювання сонячної панелі. В кінці виробничої лінії знаходиться модульний тест, розподільна коробка та упаковка для продажу.
Неприємності в галузі
Телурид кадмію є страхом ворога кремнієвої промисловості. First Solar зуміла надзвичайно скоротити витрати на модулі, не в останню чергу завдяки стійким концепціям виробництва. Це створює під тиском виробників кремнієвих модулів. Тому Вестергольт знає, що не повинен допускати помилок. Як тільки граничні значення перевищені, трапляється одна аварія, і справа стає на славу. Оскільки, як правило, кадмій заборонений в електронних пристроях. Це передбачено європейською директивою "Обмеження використання певних небезпечних речовин" (скорочено RoHs). Він регулює, які небезпечні речовини більше не можна використовувати в електронних пристроях. Кадмій та його сполуки заборонені, а також свинець та ртуть. На сьогодні, однак, фотоелектричні модулі були виключені із RoHs.
Сертифіковано, звичайно
First Solar також був одним із перших великих виробників сонячних батарей, який запровадив систему екологічного управління у Франкфурті. Це зробило компанію одним із кардіостимуляторів у фотоелектричній галузі, яка любить прикрашати себе ярликами типу "чистий" та "зелений". «Сертифікація відповідно до ISO 14001 була само собою зрозумілою, - каже Бургард фон Вестерхольт, керівник виробництва First Solar. Цей стандарт розрізняє не екологічно чисту продукцію, а екологічно сумісні виробничі процеси. На відміну від кремнієвої промисловості, виробники модулів, виготовлених з телуриду кадмію, мають величезну перевагу: "Жодні небезпечні кислоти, такі як плавикова кислота, не використовуються в лінійці модулів", - каже фон Вестерхольт. «Тільки на заводі з переробки ми використовуємо десятивідсоткову сірчану кислоту, щоб звільнити напівпровідник від розбитого скла.» Їдка кислота циркулює, щоб оптимально використовувати її. Перекис водню допомагає відокремити телурид кадмію від скла.
Постачальником грануляту з телуриду кадмію є компанія 5Nplus, німецька філія канадської групи з однойменною назвою. 5Nplus також постачає Calyxo, фабрику Thalheimer для модулів телуриду кадмію в групі Q-Cells, другого великого виробника модулів CdTe в Німеччині. Calyxo був запущений в 2005 році потужністю 25 мегават, а влітку 2009 року запустив нову установку потужністю 60 мегават. За словами Андреаса Вейда, екологічного експерта Calyxo, компанія, що базується в Тальгеймі, використовує від 15 до 25 грамів CdTe на модуль. Це відповідає семи-дванадцяти грамам чистого кадмію, розподіленого на 1,2 на 0,6 метра площі модуля.
Оптимізуйте процеси
Roth & Rau має намір пропонувати фабрики під ключ для модулів CdTe через CTF у майбутньому. З точки зору екологічно чистого виробництва, критичними є дві точки: з одного боку, сепараційні камери, в яких випаровуються CdS та CdTe. Важливо, щоб жодна унція не потрапила в навколишнє середовище. Другий момент: стічні води з хлоридного процесу. Для його очищення його збирають у пакетні резервуари та знешкоджують. Тільки після численних вимірювань вода потрапляє в каналізаційну систему. Окрім кадмію, це звичайна нейтралізація, яка залишає деякі солі. Тут головне - зв’язати вільний кадмій з лугом і своєчасно його відфільтрувати. Щоб не відставати від First Solar у змаганні за найнижчі витрати, Дітер Бонне хоче замінити випаровування телуриду кадмію розпиленням.
Розпилення - це також великий козир у нанесенні покриттів на модулі CIS та CIGS, оскільки цей процес є порівняно недорогим і не вимагає використання вологих хімічних речовин. У своїх патентах Бонне пропонує блок-мішені, які можна взяти з розплавів CdS або CdTe. Під цим розуміють громіздкі пластини, які служать постачальником шарів кадмію. Це був би альтернативний спосіб рівня грануляту та хлориду. І в цьому була б проблема сумнівних випарів зі всього світу. В принципі, процес також повинен споживати менше енергії, оскільки розпилення вимагає нижчих температур, ніж осадження парів. Однак є ще і фішка: блок-мішені створюються з розплаву, в якому кипить рідкий сульфід кадмію або телурид кадмію. Подібно до кремнію, цей металургійний процес споживає багато енергії. За патентом Бонне, наприклад, гранули CdS можна нагріти до 1800 градусів Цельсія в графітовому резервуарі з оксидом бору. Оксид бору захищає розплав, який повільно охолоджується і твердне у вигляді блоку. Для самого розпилення достатньо вакууму від 200 до 300 градусів Цельсія, щоб нанести на скло сульфід кадмію.
Потім шар повинен затвердіти трохи нижче температури розм'якшення флоат-скла на рівні близько 500 градусів Цельсія. Якщо використовується боросилікатне скло, воно може трохи нагрітися. Що в свою чергу збільшує споживання енергії. Однак це спеціальне скло дорожче звичайного білого флоат-скла для сонячних модулів. Телурид кадмію кипить при 1200 градусах Цельсія. Для розпилення CdS та CdTe на переднє скло модуля, Бонне пропонує сублімацію в близькому просторі (CSS), спеціальне застосування технології розпилення. Це дозволяє шарам швидко рости: чотири мікрометри на хвилину.
Пілотний проект відкладено
Пілотна лінія в Апфельштедті поблизу Ерфурта ще не працює. Спочатку виробнича лінія довжиною 400 метрів повинна була розпочати виробництво наприкінці 2010 року та подавати 50 мегават на рік. "Це може бути на початку 2011 року", - говорить Карл-Хайнц Фішер з CTF. «Ми добре працюємо за графіком». До літа CTF має намір назвати першого промислового замовника, який наважиться конкурувати з First Solar та Calyxo. З модулями, які на 1,2 на 1,6 метра більші, ніж модулі First Solar та Calyxo. Залишається з’ясувати, чи зможуть вони зменшити витрати First Solar. Оскільки спочатку шари телуриду кадмію осідають на новому заводі парами традиційним способом. CTF Solar прагне витратити один євро за вату, First Solar вже значно нижчий за цей показник - 0,70 євроцента і може скористатися гігантськими планами розширення. Ефективність порівнянна, принаймні на папері: First Solar в даний час майже 11 відсотків від лінії. CTF обіцяє подібні значення, але докази все ще перебувають на розгляді.
Однак у кожного, хто хоче будувати сонячні модулі з телуридом кадмію, є проблема, яка, можливо, навіть більша, ніж проблема з важким металом: лідерство First Solar на ринку. Наразі спільнотою CdTe можна керувати. Окрім First Solar та Calyxo, на ринку є Abound Solar, AVA-Solar та Primostar Solar. Справжнє масове виробництво потужністю 800 мегават, як у Малайзії, було досягнуте лише компанією First Solar. Abound Solar може стати серйозним конкурентом. Американська компанія побудувала 130 мегаватну станцію наприкінці 2009 року. Виробничі витрати незабаром повинні становити менше долара за ват.