«Разработка технологии получения нанопорошков кремния солнечного качества»
Наличие патента:


Краткое содержание проекта:

В данном проекте предполагается разработка технологии получения нанопорошков кремния солнечного качества. Разрабатываемая технология является одной из «пионерских» среди методов получения пластин для фотоэлектрических преобразователей на основе нанопорошков кремния.   В проекте предполагается разработка теоретических основ и проведение ряда экспериментов по получению и очистке нанопорошка кремния. Нанопорошки кремния могут применяться не только для изготовления кремниевых солнечных элементов, но и наногетерополупроводников, получения композиционных наноматериалов, прецизионных сплавов (для авиации, машиностроения и т.д.), производства трихлорсилана повышенной чистоты.

Внешний вид нанопорошка кремния представлен на фото.

В России и за рубежом прямых аналогов данной технологии нет.

Идея использования нанопорошков кремния для производства дешевого кремния солнечного качества и солнечных элементов является новаторской. Технология с использованием нанопорошков кремния обладает существенно меньшими энергозатратами, является менее трудоемкой и более экологически безопасной.

Разрабатываемая технология относится к области новых технологий получения кремния солнечного качества. Она является одной из «пионерских» среди методов получения пластин для фотоэлектрических преобразователей на основе нанопорошков кремния. Идея использования нанопорошков кремния для производства дешевого кремния солнечного качества и солнечных элементов является новаторской.

Рынок сбыта, практическое применение:

Солнечная энергетика является одной из перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Рынок солнечной фотоэнергетики составляет миллиарды долларов США и растет ежегодно более чем на 30 %. Скорость роста ограничивает очень высокая стоимость кремния (в настоящее время около 100 $), который является основным элементом для фотоэлектрических преобразователей.

При этом потребность в кремнии солнечного качества непрерывно возрастает, и существующие технологии производства не в состоянии удовлетворить потребности солнечной энергетики. Имеющиеся объемы производства не насыщают рынок. И начиная с 2000 года цена на солнечный кремний возросла более чем на порядок и на текущий момент составляет основную долю стоимости солнечной энергии. Потребность рынка в солнечном кремнии, как и потребность в любой дешевой и безопасной энергии, неограниченна.

Однако для того, чтобы солнечная фотоэнергетика могла конкурировать с другими видами энергетики, себестоимость кремния должна находиться на уровне менее 10 – 30 долларов США за кг.

Существующие технологии производства солнечного кремния (например, наиболее распространенный Сименс-процесс) по сути своей являются лабораторными, с большими издержками, энергозатратами и низким выходом, принципиально определяемыми самой технологией, а также экологически опасными. Все перечисленное обуславливает высокие цены на солнечный кремний и недостаточные объемы его производства.

Конкуренты:

Существующие технологии производства солнечного кремния (например, наиболее распространенный Сименс-процесс) по сути своей являются лабораторными, с большими издержками, энергозатратами и низким выходом, принципиально определяемыми самой технологией, а также экологически опасными. Все перечисленное обуславливает высокие цены на солнечный кремний и недостаточные объемы его производства. При достижении основной цели проекта – снижении себестоимости получаемого солнечного кремния в десятки раз – конкурирующие производители, т.е. заводы, работающие на основе трихлорсилановой технологии (таких заводов сейчас большинство), будут вынуждены свернуть производство.

Нами разработана эффективная технология удаления бора из кремния металлургическими способами до уровня 0,2 ppm. Данные по результатам очистки приведены в таблице 1. Сравнение предлагаемого процесса с Сименс-процессом приведено в таблице 2.

Сравнение с результатами ведущих мировых фирм в области реализации подобных технологий очистки кремния.

1. Elkem (Норвегия).

Проект на 600 млн. долларов. Elkem предлагает кремний с параметрами: чистота по металлическим примесям – менее 30 ppm, чистота по бору –1,5 ppm w.

2. Timminco inc. (Беканкур), Онтарио, Канада, начал предлагать кремний с чистотой по бору 3 ppm w, а по фосфору – 0,8 ppm w.

3. Dow corning (США).

Компания планирует достигнуть 0,5 ppm по бору

4. Calisolar (6N silicon)

Компания достигла уровня 0,3 ppm по бору, что позволяет им выпускать ФЭПы с эффективностью до 17%.

5. Нами достигнуты параметры при специальной очистке по бору до уровня 0,2 ppm
Этапы реализации проекта:

В настоящее время технология прошла стадию разработки. В 2009 и 2011 гг. было получено финансирование в рамках программы «У.М.Н.И.К.» от Фонда содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Создан объект интеллектуальной собственности (промышленной технологии) (Трунин Е.Б., Трунина О.Е., Карабанов С.М., Китаев Ю.А. Способ очистки кремния. Заявка на изобретение № 2007148130/15 от 26.12.2007. Опубликовано в БИ 10.07.2009).

В зависимости от результатов переговоров с заинтересованными компаниями и инвесторами возможна либо продажа этой технологии фирмам-производителям солнечного кремния, либо создание собственного производства на базе мощностей имеющихся в регионе предприятий электронной промышленности.

Финансово-экономические показатели: Технология получения кремния солнечного качества включает в себя плавление и кристаллизацию кремния с флюсами, измельчение кремния, термообработку кремния. Вопрос нового этапа в развитии солнечной энергетики состоит в организации производства экономически целесообразного кремния солнечного качества с себестоимостью 10-15 долларов за килограмм и реализации технико-экономических преимуществ данной технологии.