Increased silicon ingot diameter and enhanced energy efficiency through numerical simulations

Solceller (photovoltaics, PV) utgjør på verdensbasis den største bidragsyteren til ny fornybar elektrisitetsproduksjon. Nesten all PV er basert på monokrystallinsk silisium laget med Czochralski-metoden som store ingoter, før de blir kuttet i løvtynne skiver (wafere). NorSun har lenge vært i forkant av utviklingen av høykvalitets monokrystallinsk n-type silisium. I dag er NorSun en av de få gjenværende Europeiske produsentene av monosilisium og wafere. Det globale PV-markedet beveger seg i dag mot større dimensjoner på ingot og wafere. I DIAMANT vil vi bruke detaljerte numeriske modeller som beskriver produksjonen av individuelle ingoter, inkludert fysiske egenskaper og kjemiske reaksjoner som forekommer gjennom den mange timer lange trekkeprosessen. Dette vil gi bedre forståelse av krystallvekst og vekstparametere, i tillegg til designet av trekkeovnen. Plasseringen av NorSuns fabrikk i Årdal sikrer en jevn forsyning av grønn elektrisitet med lavt CO2-avtrykk samt kjølevann. Gjennom prosjektet vil resulterende skiver bli behandlet og karakterisert for å verifisere de numeriske modellene og egenskapene til sluttproduktene. Resultatet vil være verdensledende bærekraft og energieffektivitet innen produksjon av solcellewafere.

NorSun is one of the few remaining European producers of monocrystalline ingots and wafers, with production facilities in Norway. The silicon PV market is trending towards larger wafers sizes where M10 and G12 format wafers from ingots produced in 36-40” hot zones are increasing most rapidly. Guided by detailed numerical modelling, DIAMANT will bring together state-of-the-art ingot and crucible dimensions, understanding of growth kinetics and puller design to obtain world-leading sustainability and energy efficiency. Detailed FEM models of the large diameter pullers will be established, and the physical properties and chemical reactions during the pulling process will be simulated. The models will be verified towards processing parameters as well as material characterization of the final product. The increased production volume and the increased yield will improve the overall energy efficiency of the monocrystalline silicon ingot production.