"O preço da eletricidade gerada por energia solar continua a despencar, e a tecnologia está se tornando a forma de energia mais barata em cada vez mais partes do mundo, "diz o pesquisador de células solares John Atle Bones da SINTEF.

"Estamos em um ponto crítico econômico que favorece a tecnologia de células solares, "ele diz." Boas ilustrações disso nos EUA incluem o projeto de Energia Renovável do Berkeley Energy Group / EDF, que recentemente fechou uma mina de carvão e estabeleceu um parque solar no mesmo local. Em califórnia, as autoridades decidiram recentemente introduzir padrões de painéis solares baseados em telhados para novas habitações, "explica Bones.

Aperfeiçoamento da seleção de matéria-prima

As reduções de preço em painéis solares cada vez mais populares são o resultado de desenvolvimentos em tecnologia e métodos de produção - e é exatamente essa tecnologia e suas matérias-primas que Bones e seus colegas estão investigando. Os pesquisadores do SINTEF pretendem agora usar robôs para melhorar a qualidade do produto final.

Aperfeiçoar a fabricação do chamado silício monocristalino (o material que forma a base da capacidade de uma célula solar de gerar eletricidade) tem preocupado a comunidade de pesquisa do SINTEF por muitos anos. Os pesquisadores agora concentraram sua atenção e, mais direto ao ponto, a de seus sensores em direção ao importante cadinho de quartzo que desempenha um dos papéis-chave na fabricação de células solares (ver caixa de dados no final do artigo).

"Quanto melhores forem as matérias-primas que temos, mais eficientes serão as células solares, e isso, por sua vez, reduzirá a pegada ambiental da eletricidade que as células geram, "diz Bones." Portanto, é importante que os cadinhos de quartzo que usamos sejam da mais alta qualidade. Atualmente, a garantia de qualidade dos cadinhos é realizada por inspeção visual, mas isso tem suas limitações, "diz Bones, quem está liderando o projeto.

O robô foi desenvolvido por pesquisadores do SINTEF e um grupo de alunos da NTNU, e é baseado em uma série de sensores ópticos que podem detectar muito mais do que é visível ao olho humano.

Este pacote de sensor dedicado deu ao robô uma supervisão e as características de um detetive. Os cadinhos de quartzo são feitos de diferentes camadas com estruturas variadas que combinam refletividade e transparência. Para revelar as propriedades de um cadinho, falhas e defeitos é necessário, literalmente, para pesquisar em profundidade.

"Antes de construirmos este robô, estudamos cadinhos a fim de identificar a conexão entre sua qualidade e as propriedades do produto final de silício monocristalino, "diz Bones." Para fazer isso, tínhamos que ser bastante brutais, "ele diz." Nós aplicamos o que é simplesmente chamado de métodos destrutivos. Isso significa esmagar, moer e dissolver os materiais em produtos químicos. As análises subsequentes nos deram indicações claras quanto às propriedades das diferentes camadas que devem constituir um determinado cadinho, "diz Bones.

Mas agora eles ensinaram o robô a reconhecer defeitos em cadinhos sem nem mesmo um grão de poeira ser destruído no processo. O novo robô da SINTEF permite que um cadinho seja guiado por um processo de classificação rápido e muito preciso antes de ser usado no forno de fusão. Aqui, ele desempenha um dos papéis principais no processo de retirada do cristal que antecede a fabricação do wafer.

"Os cadinhos têm normalmente entre 50 e 70 centímetros de diâmetro e pesam 10 quilos, "diz Bones." Portanto, é importante ser capaz de utilizá-los da melhor forma possível, ", diz ele." Usar um cadinho com as propriedades erradas pode resultar na necessidade de fundir novamente o silício fabricado, " ele diz.

Visão a laser e sensores

Encontrar um único sensor que pudesse fazer tudo o que os pesquisadores queriam provou ser impossível. Então, eles combinaram uma seleção de sensores e permitiram que eles se comunicassem uns com os outros. De acordo com Bones, o sensor de luz branca confocal é um dos mais importantes incluídos neste sistema.

Ele funciona respondendo às diferentes cores e comprimentos de onda correspondentes no espectro de luz branca.

Entre outras coisas, uma câmera CCD digital de alta resolução também está incluída, que pode "ver" em escalas muito detalhadas. Este, por sua vez, está conectado a um dispositivo de visão mecânica que permite ao sistema identificar pequenas variações em materiais que não deveriam estar presentes.

O robô então se posiciona na posição física correta.

"Entre as coisas que estamos medindo está a curvatura e a espessura do cadinho de quartzo, que tem o formato de uma tigela, "diz Bones." Aqui, o robô deve ajustar seus "olhos" no ângulo correto para todos os pontos que está programado para inspecionar. Isso é possível usando vários sensores de distância e realizando cálculos que permitem ao robô corrigir continuamente a pista ao longo da qual se move, " ele explica.

Nenhum problema em compartilhar

"É para nós um prazer extra ter conseguido isso com financiamento limitado - e com a colaboração de alunos NTNU que trabalharam neste projeto como parte de seus diplomas de bacharelado e mestrado, "diz Bones, que agora está pronto para compartilhar a tecnologia de sensor analítico com qualquer pessoa que achar que pode colocá-la em bom uso.

"O que seria ainda melhor é se alguém lesse este artigo e decidisse que isso é exatamente o que preciso para o meu projeto!", ele diz. "Muito do que alcançamos aqui pode ser transferido para outros processos e matérias-primas, "diz Bones.

O papel do cadinho de quartzo na fabricação de células solares:um cadinho de quartzo é um recipiente em forma de tigela, entre 50 e 70 cm de diâmetro com paredes de cerca de 1 cm de espessura. A qualidade do cadinho é muito importante. Se for inadequado, o produto final ficará inutilizável. O cadinho é feito de diferentes camadas de quartzo que desempenham uma variedade de funções durante o processo de fabricação. Ele atua como um recipiente usado nos fornos que fundem o silício antes da produção do silício monocristalino. Como parte desse processo, um chamado cristal "semente" é mergulhado no silício fundido, e um grande cristal de silício monocristalino é então retirado do fundido. Este processo de retirada do cristal leva até dois dias. O produto final é um cristal de aproximadamente dois metros de comprimento e 20 centímetros de largura que, por sua vez, é usado como matéria-prima para a fabricação das chamadas pastilhas de silício. Essas bolachas são então divididas para produzir células solares.