Atsigaunanti mikroprocesorių paklausa lustų gamintojams galbūt pakels nuotaiką, bet tiems, kurie svajojo apie saulės energetikos suklestėjimą, tai prilygs katastrofai.

   Statistikos skaičiai atrodo įspūdingai. Praėjusiais metais saulės elementų, daugiausiai pagamintų iš kristalinio silicio, pardavimas pasaulyje išaugo trečdaliu. Įvairių šalių vyriausybės, bandydamos paskatinti šią revoliuciją, pradėjo dalinti dosnias subsidijas. Be to, rinką tuoj pasieks naujos kartos saulės elementai - prietaisai, pagaminti iš plonų kadmio telūrido plėvelių, kurie, iškelti ant jūsų namo stogo, sukurs netgi daugiau elektros energijos. Politikai žada, kad apie 2010 metus saulės energiją siurbs daugiau kaip milijonas stogų JAV, Europoje ir Japonijoje.

   Bet praėjusį lapkritį ši naujai atsirandanti pramonės sritis sulaukė didelio smūgio. Kompanija BP Solar, antroji pagal dydį saulės elementų gamintoja pasaulyje, pranešė nutraukianti visą plonasluoksnių elementų programą. Nors BP plonasluoksniai elementai puikiai veikia laboratorijoje, užkėlus juos ant stogo, saulės energijos vertimo elektra efektyvumas gerokai sumažėja. BP Solar nusprendė sutelkti dėmesį į senamadišką kristalinį silicį, iš kurio dabar gaminama 85 proc. saulės elementų. Daugelis manė, kad juos jau reikia nurašyti, bet, atrodo, kad tai įvyks dar labai negreitai.

   Čia ir glūdi visa problema. Pramonės ekspertai prognozuoja, kad silicio elementų kaina per artimiausius dvejus metus gerokai šoktelės. Ne dėl to, kad gamintojai pasidarys labai gobšūs ar bus nutrauktos vyriausybių subsidijos. Silicio atsargos, nuo kurių priklauso šis pramonės sektorius, pamažu senka. Nesulaukus kokios nors rimtesnės inovacijos, šio deficito sukeltas kainų šuolis gali sustabdyti visą saulės energetikos pažangą.

   Mažai kas abejoja, kad tam tereikia labai nedaug. Nepaisant įspūdingo pernykščio augimo, visa saulės energetika kol kas yra palyginti labai nedidelis rinkos sektorius. Visame pasaulyje instaliuotų saulės elektrinių galia tėra vos keli gigawatai. Nors saulės elementų pagamintos elektros energijos kaina per pastaruosius 20 metų sumažėjo per pusę, jos kilovatvalandė vis dar kainuoja 10 kartų daugiau, nei šiluminėse elektrinėse pagamintos elektros kilovatvalandė. Jeigu pramonė vystysis tokiu pat tempu kaip iki šiol, saulės elementų kaina turėtų dar mažėti. Bet tai, savo ruožtu, priklausys nuo to, ar tęsis vyriausybių parama, kuri gali nutrūkti, jei politikai prarastų pasitikėjimą saulės energetikos perspektyva.

   Nors buvo pasiūlyta gausybė egzotiškų alternatyvų, daugelis saulės elementų vis dar yra gaminama iš silicio kristalų, labai primenančių tuos, iš kurių mikroelektronikos pramonė štampuoja lustus. Praeityje saulės elementų gamintojai dažniausiai buvo priversti tenkintis mikroelektronikos pramonės atliekomis: tam, pavyzdžiui, būdavo naudojami silicio luitų galai ir šonai, kuriuose yra daugiau priemaišų nei viduryje, arba tos plokštelės, kurios netenkindavo lustų gamintojų keliamų reikalavimų.

   Tačiau po 1999 m., kai saulės elementų paklausa ėmė labai didėti, gamintojams pradėjo nebepakakti šių atsargų. "Elektronikos lygio" silicio - labai švarios medžiagos, tinkančios mikroprocesoriams ir turintiems mažiau nei vieną priemaišą milijardui silicio atomų - atliekas reikėjo pakeisti kitomis žaliavomis. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje silicio plokštelių gamintojai nuolat investavo į naujus gamybinius pajėgumus, tačiau apie 2000 m. elektronikos pramonė pateko į didžiausią savo istorijoje krizę. Todėl saulės elementų gamintojai ėmė suprasti, kad jie gali gauti švaresnio silicio už šiek tiek didesnę nei 20-30 dolerių už kilogramą kainą (tiek jie prieš tai mokėdavo už atraižas).

   Lustų gamintojų sunkumai sukūrė fotovoltinių elementų pramonei ilgai lauktą atokvėpio minutę. Bet ši minutė jau baigiasi. Silicio, o ypač jo pigesnių atraižų, paklausa ima lenkti jo pasiūlą. 2001 m. fotovoltaikos pramonė sunaudojo apie 5000 tonų polikristalinio silicio; apie pusę šio kiekio sudarė švaresnė elektronikos lygio medžiaga. Paklausa turėtų kasmet išaugti po 15 procentų, todėl 2010 m. pramonei prireiks beveik 8000 tonų silicio, iš jų 5000 t sudarys elektronikos lygio silicio kristalai. Tačiau elektronikos pramonė atsigauna, mikroschemų paklausa didėja ir dabartinis elektronikos lygio silicio perteklius greitai baigsis.

   Šiuo metu trūkumo dar nėra, nes puslaidininkių pramonėje situacija vis dar ne kokia. Bet jei ši pramonė kitais metais atsigaus, saulės elementų gamintojai turės vėl pradėti konkuruoti su mikroelektronikos pramone, pasiruošusia už kilogramą silicio mokėti net 70 dolerių.

   Šias liūdnas prognozes patvirtina ir dvi studijos, atliktos Europos fotovoltinės pramonės asociacijos ir Europos Sąjungos užsakymu. Šių studijų išvados yra panašios: apie 2006 m. saulės elementų pramonei verkiant reikės savos silicio kristalų gamybos. Tai dabar yra pats svarbiausias europinės saulės energetikos vystymo strategijos punktas.

   Vieną išeitį siūlo vokiečių firma Wacker-Chemie, gaminanti silicio kristalus. Ji ruošiasi gaminti specialiai saulės elementams skirtą žemesnės kokybės silicį, kuris bus pigesnis už medžiagą, naudojamą elektronikos pramonėje. Tačiau, kodėl jiems reiktų dėl to jaudintis, ypač žinant, kad elektronikos pramonė pradeda atsigauti?

   Verslininkai tikisi, kad atsiras nauji gamintojai, kurie didžiausią dėmesį skirs būtent saulės elementų lygio siliciui. Jeigu silicio kaina nukristų iki 10 dolerių už kilogramą, fotovoltinių elementų pramonė sulauktų stipraus postūmio pirmyn.

   Tačiau realybė yra tokia, kad pigų polikristalinį silicį pagaminti nėra labai paprasta. Tradicinis procesas prasideda nuo smėlio arba kvarco, kurie sudaryti iš silicio dioksido. Žaliava yra įkaitinama krosnyje, ten ji reaguoja su chloro rūgštimi ir sudaro trichlorsilaną. Ši medžiaga yra paduodama į Siemenso reaktoriumi vadinamą įrenginį, kuriame leidžiama pro plonus iki 1100 ^oC įkaitintus švaraus silicio strypus. Aukštoje temperatūroje tricchlorsilanas skyla ir atsiranda silicis, kuris nusėda ant įkaitintų strypų.

   Tačiau kaitinimui reikia daug energijos, be to, silicio strypus reikia kaitinti trejopai. Pirmiausiai strypai įkaitinami iki 400 ^oC naudojant išorinius kaitintuvus. Šioje temperatūroje silicio varža sumažėja tiek, kad strypus jau galima tiesiogiai kaitinti leidžiant per juos elektros srovę. Kuomet temperatūra pakyla iki 800 ^oC varža dar labiau nukrinta, todėl strypus galima dar labiau įkaitinti stipresne srove. Tokį daugiapakopį kaitinimą yra labai sunku kontroliuoti ir jam reikia dviejų įtampos šaltinių, išorinio kaitintuvo bei tikslios valdymo įrangos. Kadangi daug šilumos yra išsklaidoma į aplinką, visas šis procesas yra labai neefektyvus.

   Tokios kompanijos kaip Wacker šį procesą pritaiko pigesnio, žemesnės kokybės silicio gamybai paprasčiausiai didindami nusodinimo greitį ir atsisakydami sudėtingesnių procedūrų, kurių reikia norint gauti geresnį kristalų homogeniškumą. Tačiau geresnis būdas būtų silicio gamyba iš silano (SiH4), gaunamo iš trichlorsilano, naudojant katalizatorius. Silanas skyla mažesnėje temperatūroje (apie 800 ^oC), todėl energijos bus sunaudojama mažiau ir pati gamyba bus pigesnė.

   Silaną naudojančius procesus jau kuria nemažai kompanijų. Amerikiečių Renewable Energy Corporation ir norvegų Advance Silicon Materials įsteigė gamyklą, skirtą saulės elementų lygio silicio gamybai iš silano. Bus naudojami tradiciniai Siemenso reaktoriai, veikiantys žemesnėse temperatūrose. Kita amerikiečių kompanija, MEMC, sukūrė procesą, kurio metu silicis iš silano nusodinamas ne ant strypų, o ant rutuliukų. Šiam procesui tereikia tik 700 ^oC temperatūros. Bene ambicingiausias - vokiečių firmos Deutsche Solar projektas. 1998 m. ji nupirko chemijos pramonės milžinui Bayer priklausantį patentą, kuris leis per pusę sumažinti saulės elementams skirto silicio kainą.

   Vietoje silicio strypų šiame procese, vadinamame JSS (Joint Solar Silicon), yra naudojamas iš silicio pagaminta cilindro formos reakcijos kamera. Kameros sienelės yra įkaitinamos iki 800 ^oC, o tada, kai silanas įkaitinamas, jis suskyla ir ant kameros sienelių nusėda silicis. Patente yra tvirtinama, kad ši konstrukcija leidžia padidinti paviršiaus, ant kurio sėda silicis, plotą ir pagerina reakcijos našumą. Paviršiaus plotą galima dar labiau padidinti kameros centre įstačius papildomą silicio strypą. Ant sienelių ir strypo sėdantys silicio sluoksniai galiausiai susiliečia ir sudaro vientisą silicio bloką.

   Šis procesas yra gerokai pranašesnis už tradicinius Siemenso reaktorius. Reaktoriaus sienelės gali būti įkaitinamos iki reikalingos temperatūros naudojant vien paprastus išorinius kaitintuvus. Siemenso procesui reikia po 100 kWh kiekvienam pagaminto silicio kilogramui, o JSS procesas tam sunaudos tik pusę šios energijos.

   Svarbiausias klausimas - ar šį ir panašius procesus bus spėta įdiegti prieš pradedant jausti silicio trūkumą. Panašaus tipo gamyklos paleidimas paprastai užtrunka mažiausiai ketverius metus. Bet Deutsche Solar tikisi, kad jos JSS gamykla veiks jau 2005 m. ir kasmet pagamins po 5000 tonų pigaus silicio.

   Kai kurie kiti silicio gamintojai - kompanijos konkurentai - abejoja propaguojamais JSS proceso pranašumais. Jie netgi teigia , kad silicio deficito gali nebūti.

   Ilgainiui kuri nors iš dabar kuriamų alternatyvių saulės elementų technologijų išstums silicio elementus. Tai gali būti plonasluoksniai elementai iš amorfinio silicio ar iš kadmio telūrido; gali atsirasti ir kokia nors dar naujesnė technologija, pavyzdžiui, organinių polimerų sluoksniai. Jeigu kuri nors iš šių koncepcijų bus sėkminga, silicio žaliavos klausimas taps visai nesvarbus.

   Tačiau bent jau kitais metais saulės energetikos perspektyva bus tampriai susijusi su pigaus ir nesunkiai gaunamo kristalinio silicio gavimo galimybėmis.