Итальянцы научились закатывать в пластик кремниевые фотопанели — это сделает их недорогими и гибкими
Традиционные кремниевые солнечные панели с покрытием из стекла можно коротко охарактеризовать слоганом из популярной немецкой рекламы: «Quadratisch. Praktisch. Gut.». Гибкость и простоту производства рулонным методом ассоциируют с перспективным перовскитом. Итальянские учёные доказали обратное — они представили техпроцесс изготовления гибких кремниевых панелей прокатным методом с ламинированием пластиком, что даёт множество бонусов.
О разработке сообщили учёные из Университета Падуи (University of Padova) и Института материалов для электроники и магнетизма Национального исследовательского совета Италии (IMEM-CNR). Они создали архитектуру, в которой хрупкие кремниевые фотоэлементы защищены слоями полимеров, а не тяжёлым стеклом. В основе конструкции использованы коммерческие кремниевые элементы с тыловым контактом IBC (interdigitated back contact) толщиной около 150 мкм. Производство удалось адаптировать под технологию непрерывного рулонного ламинирования, которая потенциально может снизить стоимость изготовления гибких солнечных панелей.
Ключевая особенность разработки заключается в сочетании зрелой кремниевой технологии и механической гибкости. Обычно кремниевые солнечные элементы требуют жёсткой стеклянной защиты и подложки, поскольку тонкие пластины легко повреждаются при изгибе, вибрациях и температурных расширениях. Итальянские учёные заменили стекло на полиэтилентерефталат (PET), который одновременно выполняет роль защитного слоя и снижает массу модуля. Для изготовления прототипов использовались фабричные элементы SunPower Maxeon Gen III IBC, а сборка выполнялась методом горячего прокатного ламинирования. Базовый технологический режим включал температуру запайки в пластик около 390 °C с нагревом роликов до 130 °C, скоростью проката 9 мм/с и зазором между роликами 2 мм.
Испытания показали, что потеря эффективности после ламинации составила около 4,4 % относительно исходного значения, причём основная причина оказалась не в повреждении кремния, а в оптических потерях из-за отражения света на границе воздух/PET (в дальнейшем это будет устранено антибликовыми добавками). Исследователи комплексно проверили модули в пластике, делая акцент на работу в полусогнутом состоянии. Так, одноэлементный модуль выдержал изгиб до радиуса 95,4 мм без образования новых трещин, а четырёхэлементный модуль формата 2×2 сохранил около 93 % исходной мощности при изгибе с радиусом 155 мм.
Для проверки долговременной работы элемента на изогнутой поверхности прототип 2×2 был закреплён на криволинейной основе с радиусом изгиба 150 мм и провёл на улице 672 часа (28 суток). После этого он сохранил 96,12 % первоначальной эффективности, что указывает на ощутимое отсутствие конструктивных недостатков у такого решения. Анализ повреждённых элементов показал, что процесс ламинации не создаёт новых трещин, хотя может способствовать распространению уже существующих дефектов.
В дальнейшем команда планирует снизить потери от отражения, заменить традиционную пайку проводами на более подходящие для рулонного производства технологии пайки пастой (это позволит плавить и заново спаивать соединения в месте контакта без создания механического напряжения) и провести длительные испытания с и многократными изгибами и циклами температурного расширения. Такая технология рассматривается как перспективная для интегрированной солнечной энергетики в строительстве, на транспорте и в других случаях, когда обычные стеклянные панели слишком тяжёлые или не подходят с точки зрения отсутствия гибкости.