准备成为光伏电池的硅晶圆，在经过氧化、退火、净化、扩散、蚀刻和分层等工序后，最终到达目的地，成为将太阳光转化为有用电能的有效转换器。
对于5%到10%的昂贵晶圆来说，所有这些改进都太多了。由于晶圆制备不完整，它们会在传送带或电池制造过程中产生微裂纹。
科学家在美国能源部下属的国家可再生能源实验室(NREL)已经开发出一种乐器,使晶片的压力找到哪些是过于脆弱,让它在整个生产流程,然后踢出那些弱晶片之前他们经过昂贵的增强。NREL的硅光伏晶片筛分系统(SPWSS)是一个立方体的炉，每边约15英寸，可以改造成装配线。
2010年，光伏产业在全球创造了820亿美元的收入，太阳能发电205亿瓦。处理太阳能电池的成本约为每瓦特势能15美分，而这些电池的成本约占安装太阳能组件成本的一半。如果能找到一种方法，消除5%到10%的电池在完工前就注定会失效的成本，每年可能节省数十亿美元。
这种节省可以决定美国制造商是赢是输。
晶圆筛选系统模拟制造应力
一张灰色硅片的特写照片，当它从电网传送器中出现。放大的图像
一个光伏晶片从硅光伏晶片筛选系统中出现。该工具测试预先选择的高断裂强度的晶圆，通过防止在电池制造过程中断裂来提高硅太阳能电池的成品率。
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NREL的硅光伏晶片筛选系统是由NREL的科学家Bhushan Sopori与同事Prakash Basnyat和Peter Rupnowski共同开发的，该系统可以将硅晶片以精心校准的高温的形式暴露在热应力下。
这个过程看起来很像把冷三明治变成热三明治的烤带。当每个晶圆片通过一个狭窄的- 15毫米-高强度照明区，不同的晶圆片条暴露在热。这样，压力就会通过晶圆片。
“我们创造了一个非常高的温度峰值，”SPWSS的首席研究员Sopori说。“这个想法是为了制造一种热应力，就像把非常热的水倒进玻璃杯里一样。”
温度可以精确地校准——最有效的方法是将温度与晶圆片的厚度相关联，因为晶圆片越薄，承受的压力就越小。每个制造商都有不同程度的晶片因压力而断裂，因此SPWSS可以通过计算机精确校准，以满足每个太阳能电池制造商的需求。
SPWSS本质上是一个形状像梯形棱镜的熔炉，以缩小光的焦点并增加光的强度。炉体的陶瓷侧将光线反射到强度区域，确保几乎没有能源浪费。
灯的温度可达1800摄氏度，但晶圆片表面温度最高可达500摄氏度。
正是热能的快速增加——由于熔炉的几何形状和其高度反射的表面——造成了应力。当一块15毫米的晶片感受到500摄氏度的压力时，相邻的晶片感受到的温度要低得多。热带钢想要膨胀，但冷带钢不想这样。正是这些相互竞争的力量造成了压力。Sopori说:“晶片上的每一微米都有这种热应力。
热应力偶尔产生的微裂纹或断裂反映了弱晶圆在组装过程中所受到的应力。不同之处在于，在昂贵的涂层和层被添加到晶圆片之前，先进行热测试。
SPWSS内部有一个反射腔，它几乎100%地利用了电源的能量，几乎不浪费。索波里说，这使得能源成本降低，使系统的总运营成本降至“每个晶圆一便士的一小部分”。
低成本仪器可以增强美国的竞争力
一张灰色矽晶片的特写照片，当矽晶片从网路传送器中出来时，被切割成大小不一的几片。放大的图像
在NREL的硅光伏晶片筛选系统施加的热应力作用下，硅晶片无法存活。预筛选可以节省资金，因为在生产太阳能电池的过程中，晶圆片在使用昂贵的装饰之前就被拒绝了。
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近年来，美国在全球光伏生产市场的份额已从1997年的42%下降到2011年的4%。由于这一趋势，研究太阳能产业的分析师表示，太阳能电池的材料和生产将发生巨大变化，以确保最具创新性和成本最低的光伏技术在美国制造。欧洲杯足球竞彩
由于硅片断裂造成的收入损失——随着硅片接近完工，这种损失会急剧增加——是太阳能技术在成本上与其他能源技术竞争的一个重要障碍。制造商需要更好、更便宜的方法来制造电池。
在一个典型的生产设备中，每100个180微米厚度的晶圆中大约有5到10个会断裂或失效。随着越来越多的使用更薄的电池，破损频率可能会增加。光伏工业通常不会以一种能够保持其高机械强度的方式来制备晶圆。即使是一个吸盘把晶圆从一个工序移到另一个工序，也会导致晶圆出现微裂纹，从而导致晶圆失效。
系统每小时可测试1200个晶圆
一名科学家站在那里，左臂靠在一件银质乐器上;仪器的上半部分呈梯形棱镜状。放大的图像
NREL的科学家Bhushan Sopori站在硅光伏晶片筛选系统旁边，该系统对晶片施加热压，以确定它们能否经受住将它们变成太阳能电池的严酷考验。
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一个只能筛选晶圆样本的系统并不能告诉制造商哪些晶圆可以使用，哪些可以丢弃。
手动版本的SPWSS每小时筛出1,200片晶片，成本为60,000美元。这足以让大多数制造商在不减慢传送速度的情况下对每个晶圆进行筛选。升级后的SPWSS-A可以自动分离破碎的晶片，售价10万美元。失效的晶圆被清除并熔化，再次加工成太阳能级的硅球。
在NREL光腔炉成功的基础上
Sopori的SPWSS是建立在他的光学腔炉的成功基础上的，它使用光学来加热和净化太阳能电池，以无与伦比的精度，同时大幅提高电池的效率。Sopori在2011年获得了“研发100奖”，该炉子在一个高度反射的室内包围了一排灯，以实现前所未有的温度均匀度。
与SPWSS一样，它通过在空腔壁内衬超绝缘和高反射陶瓷，以及使用复杂的优化几何设计来减少能量损失。晶片本身会吸收能量损失。就像微波炉一样，每个炉子只在目标上耗散能量，而不是在容器上。Sopori说:“硅光伏晶片筛分系统产生光的最有效方法是将其与光腔炉结合使用。”
来源:http://www.nrel.gov/