Un capteur de lumière blanche confocale est capable de diviser la lumière blanche en la transmettant à travers différentes lentilles. Le résultat est que la distance focale est répartie sur un nombre spécifié de points sur l'objet, qui ensemble fournissent un spectre lumineux composé de différentes couleurs. Lorsque la lumière est réfléchie vers un spectromètre dans l'instrument de mesure, l'intensité des longueurs d'onde nous permet de faire une mesure exacte de la distance à l'objet inspecté. Crédit :SINTEF
"Le prix de l'électricité solaire continue de chuter, et la technologie devient la forme d'énergie la moins chère dans de plus en plus de régions du monde, ", explique le chercheur en cellules solaires John Atle Bones au SINTEF.
"Nous sommes à un point de bascule économique qui favorise la technologie des cellules solaires, " dit-il. " De bonnes illustrations de cela aux États-Unis incluent le projet Berkeley Energy Group/EDF Renewable Energy, qui a récemment fermé une mine de charbon et créé un parc solaire sur le même site. En Californie, les autorités ont récemment décidé d'introduire des normes de panneaux solaires en toiture pour les nouveaux logements, " explique Bones.
Perfectionner la sélection des matières premières
Les réductions de prix des panneaux solaires de plus en plus populaires sont le résultat de l'évolution de la technologie et des méthodes de production - et c'est exactement cette technologie et ses matières premières que Bones et ses collègues étudient. Les chercheurs du SINTEF ont désormais l'intention d'utiliser des robots pour améliorer la qualité du produit final.
Le perfectionnement de la fabrication du silicium dit monocristallin (le matériau à la base de la capacité d'une cellule solaire à produire de l'électricité) préoccupe la communauté des chercheurs du SINTEF depuis de nombreuses années. Les chercheurs ont maintenant concentré leur attention et, plus au point, celui de leurs capteurs vers l'important creuset en quartz qui joue un des rôles clés dans la fabrication des cellules solaires (voir encadré en fin d'article).
"Meilleures sont les matières premières que nous avons, plus les cellules solaires seront efficaces, et ceci à son tour réduira l'empreinte environnementale de l'électricité produite par les cellules, " dit Bones. " Il est donc important que les creusets en quartz que nous utilisons soient de la plus haute qualité. Actuellement, l'assurance qualité des creusets est réalisée par contrôle visuel, mais cela a ses limites, " dit Bones, qui dirige le projet.
Le robot a été développé par des chercheurs du SINTEF et un groupe d'étudiants de NTNU, et est basé sur un certain nombre de capteurs optiques qui peuvent détecter beaucoup plus que ce qui est visible à l'œil humain.
Cet ensemble de capteurs dédié a donné au robot à la fois une super vue et les caractéristiques d'un détective. Les creusets en quartz sont constitués de différentes couches avec des structures variables qui combinent réflectivité et transparence. Pour révéler les propriétés d'un creuset, défauts et défauts il faut, au sens propre, pour chercher en profondeur.
"Avant de construire ce robot, nous avons étudié les creusets afin d'identifier le lien entre leur qualité et les propriétés du produit final en silicium monocristallin, " dit Bones. " Pour ce faire, nous devions être assez brutaux, " dit-il. " Nous avons appliqué ce qu'on appelle tout simplement des méthodes destructrices. Cela signifie écraser, broyer et dissoudre les matériaux dans des produits chimiques. Des analyses ultérieures nous ont donné des indications claires sur les propriétés des différentes couches qui doivent constituer un creuset donné, " dit Bones.
Mais maintenant, ils ont appris au robot à reconnaître les défauts des creusets sans même qu'un grain de poussière ne soit détruit dans le processus. Le nouveau robot de SINTEF permet de guider un creuset à travers un processus de tri rapide et très précis avant son utilisation dans le four de fusion. Ici, il joue l'un des rôles principaux dans le processus de retrait du cristal qui précède la fabrication des plaquettes.
Yeux sur tiges :Ce robot est équipé d'un ensemble très spécial de capteurs combinés à la vision industrielle. Cela lui permet de détecter beaucoup plus que ce qui est visible à l'œil humain. Crédit :SINTEF
« Les creusets font généralement entre 50 et 70 centimètres de diamètre et pèsent 10 kilogrammes, " dit Bones. " Il est donc important de pouvoir les utiliser de manière optimale, " dit-il. " L'utilisation d'un creuset avec les mauvaises propriétés peut entraîner la nécessité de refondre le silicium fabriqué, " il dit.
Vision laser et capteurs
Trouver un seul capteur capable de faire tout ce que les chercheurs voulaient s'est avéré impossible. Ils ont donc combiné une sélection de capteurs et leur ont permis de communiquer entre eux. Selon Bones, le capteur de lumière blanche confocale est l'un des plus importants inclus dans ce système.
Il fonctionne en répondant aux différentes couleurs et longueurs d'onde correspondantes dans le spectre de la lumière blanche.
Entre autres, une caméra CCD numérique haute résolution est également incluse qui peut "voir" à des échelles très détaillées. Celui-ci est à son tour connecté à un dispositif de vision industrielle qui permet au système d'identifier de petites variations dans les matériaux qui ne devraient pas être là.
Le robot se positionne alors dans la bonne position physique.
"Parmi les choses que nous mesurons, il y a la courbure et l'épaisseur du creuset en quartz, qui est en forme de bol, " dit Bones. " Tiens, le robot doit ajuster ses "yeux" au bon angle pour tous les points qu'il est programmé pour inspecter. Ceci est rendu possible grâce à plusieurs capteurs de distance et en effectuant des calculs qui permettent au robot de corriger en permanence la trajectoire sur laquelle il se déplace, " il explique.
Pas de problème de partage
"Cela nous fait un plaisir supplémentaire d'avoir réussi à y parvenir avec un financement limité - et la collaboration des étudiants de NTNU qui ont travaillé sur ce projet dans le cadre de leur licence et de leur master, " dit Bones, qui est maintenant prêt à partager la technologie des capteurs analytiques avec quiconque pense pouvoir en faire bon usage.
"Ce serait encore mieux si quelqu'un lisait cet article et décidait que c'est exactement ce dont j'ai besoin pour mon projet !", il dit. "Une grande partie de ce que nous avons réalisé ici est transférable à d'autres processus et matières premières, " dit Bones.
Le rôle du creuset en quartz dans la fabrication des cellules solaires :Un creuset en quartz est un récipient en forme de bol, entre 50 et 70 cm de diamètre avec des parois d'environ 1 cm d'épaisseur. La qualité du creuset est très importante. S'il est insuffisant, le produit final sera inutilisable. Le creuset est constitué de différentes couches de quartz qui remplissent diverses fonctions au cours du processus de fabrication. Il agit comme un conteneur utilisé dans les fours qui fondent le silicium avant la production de silicium monocristallin. Dans le cadre de ce processus, un cristal dit « germe » est plongé dans le silicium fondu, et un grand cristal de silicium monocristallin est ensuite retiré de la masse fondue. Ce processus de retrait des cristaux prend jusqu'à deux jours. Le produit final est un cristal d'environ deux mètres de long et 20 centimètres de large qui à son tour est utilisé comme matière première pour la fabrication de ce qu'on appelle des plaquettes de silicium. Ces plaquettes sont ensuite divisées pour produire des cellules solaires.
