Італійці навчилися закатувати в пластик кремнієві фотопанелі — це зробить їх недорогими та гнучкими

Традиційні кремнієві сонячні панелі з покриттям зі скла можна коротко охарактеризувати слоганом з популярної німецької реклами: «Квадратні. Практичні. Добрі». Гнучкість і простоту виробництва рулонним методом асоціюють з перспективним перовскитом. Італійські вчені довели протилежне — вони представили технологічний процес виготовлення гнучких кремнієвих панелей прокатним методом з ламінуванням пластиком, що дає безліч переваг.

Джерело зображення: University of Padova

Про розробку повідомили вчені з Університету Падуї (University of Padova) та Інституту матеріалів для електроніки і магнетизму Національної дослідницької ради Італії (IMEM-CNR). Вони створили архітектуру, в якій крихкі кремнієві фотоелементи захищені шарами полімерів, а не важким склом. В основі конструкції використані комерційні кремнієві елементи з заднім контактом IBC (interdigitated back contact) товщиною близько 150 мкм. Виробництво вдалося адаптувати під технологію безперервного рулонного ламінування, яка потенційно може знизити вартість виготовлення гнучких сонячних панелей.

Ключова особливість розробки полягає в поєднанні зрілої кремнієвої технології та механічної гнучкості. Зазвичай кремнієві сонячні елементи потребують жорсткої скляної захисту та підкладки, оскільки тонкі пластини легко пошкоджуються при вигині, вібраціях і температурних розширеннях. Італійські вчені замінили скло на поліетилентерефталат (PET), який одночасно виконує роль захисного шару і зменшує масу модуля. Для виготовлення прототипів використовувалися фабричні елементи SunPower Maxeon Gen III IBC, а збірка виконувалася методом гарячого прокатного ламінування. Базовий технологічний режим включав температуру запаювання в пластик близько 390 °C з нагрівом роликів до 130 °C, швидкістю прокату 9 мм/с і зазором між роликами 2 мм.

Випробування показали, що втрата ефективності після ламінування склала близько 4,4 % від початкового значення, причому основна причина виявилася не в пошкодженні кремнію, а в оптичних втрат, спричинених відбиттям світла на межі повітря/PET (в подальшому це буде усунено антибліковими добавками). Дослідники комплексно перевірили модулі в пластик, акцентуючи увагу на роботі в полусогнутому стані. Так, одноелементний модуль витримав вигин до радіусу 95,4 мм без утворення нових тріщин, а чотирьохелементний модуль формату 2×2 зберіг близько 93 % початкової потужності при вигині з радіусом 155 мм.

Для перевірки довготривалої роботи елемента на вигнутій поверхні прототип 2×2 був закріплений на криволінійній основі з радіусом вигину 150 мм і провів на вулиці 672 години (28 днів). Після цього він зберіг 96,12 % початкової ефективності, що вказує на відчутну відсутність конструктивних недоліків у такого рішення. Аналіз пошкоджених елементів показав, що процес ламінування не створює нових тріщин, хоча може сприяти поширенню вже існуючих дефектів.

В подальшому команда планує знизити втрати від відбиття, замінити традиційну пайку проводами на більш підходящі для рулонного виробництва технології пайки пастою (це дозволить плавити і знову спаювати з'єднання в місці контакту без створення механічного напруження) і провести тривалі випробування з багатократними вигинами і циклами температурного розширення. Така технологія розглядається як перспективна для інтегрованої сонячної енергетики в будівництві, на транспорті та в інших випадках, коли звичайні скляні панелі занадто важкі або не підходять з точки зору відсутності гнучкості.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки