Одним из наиболее эффективных мировых трендов в снижении себестоимости оборудования для солнечной генерации стал постоянный поиск и применение в производстве новых материалов.

Отрасль характеризуется высоким запросом на все новое, в ней постоянно востребованы результаты не только прикладной, но и теоретической науки. Именно совместная работа ученых, инженеров и технологов над повышением мощности и эффективности солнечных ячеек и модулей становится определяющей для максимальных результатов в бизнесе.

Солнечная энергетика безопасна для человека и окружающей среды, она обладает поистине неисчерпаемым ресурсом. Неудивительно, что отрасль производства оборудования для нее сегодня одна из самых быстрорастущих: мировые производственные мощности в период с 2020 по 2023 год выросли более чем в 3 раза. В мире на конец 2023 года производственные мощности по выпуску солнечных модулей превысили 1000 ГВт.

В число материалов, используемых при производстве солнечных модулей, входят такие ценные и относительно редкие металлы, как индий, висмут и серебро. Последний используется для металлизации практически во всех технологиях изготовления промышленных кремниевых фотоэлектрических преобразователей. При этом серебро является очень востребованным материалом в самых разных отраслях промышленности, что, по многочисленным прогнозам, приведет к росту его стоимости в ближайшие годы.

Команда инженеров-технологов завода «Хевел» совместно с учеными собственного Научно-технического центра разработала и внедрила в серийное производство новации, которые позволяют существенно сократить использование серебра при производстве контактной сетки в отечественных солнечных ячейках и модулях путем его частичной замены на медь. При этом нанесение контактной сетки методом трафаретной печати осталось неизменным.

Контактная сетка — это один из ключевых элементов систем солнечного модуля. Она служит для сбора электрического заряда с поверхности кремниевых элементов.

В рамках этой программы был осуществлен переход на использование более тонкой проволоки для контактирования, оптимизирован дизайн трафаретного рисунка, что сократило затенение солнечной ячейки, также уменьшена толщина ламинирующих пленок. Весь этот комплекс мер по повышению эффективности ячейки позволил снизить себестоимость продукта без потерь мощности.

Еще один метод использования меди вместо серебра в контактной сетке при производстве фотоэлектрических ячеек разработан учеными из Научно-технического центра «Хевел» и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ».

«Предложенная нами технология создания контактной сетки из меди позволяет существенно снизить ее себестоимость. Кроме того, солнечные панели, созданные с применением нашего подхода, обладают гораздо большей прочностью, что позволяет использовать их в сложных условиях эксплуатации», — отмечает технолог Научно-технического центра «Хевел», научный сотрудник кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артем Кочергин.

Исследователи разработали технологическую последовательность формирования контактной сетки на поверхности фотоэлектрического преобразователя, которая полностью выполнена из меди. Этот химический элемент по сравнению с серебром имеет схожие параметры проводимости и плотности, при этом его стоимость на два порядка ниже. Кроме того, в силу физических свойств элементы сетки из серебра имеют пористую структуру, поэтому она характеризуется большей хрупкостью, чем аналоги из меди.

Создание предварительного рисунка для размещения контактной сетки на фотоэлектрическом преобразователе производилось с помощью метода струйной печати. Затем на этот «трафарет» наносились медные элементы с помощью метода электрохимического осаждения.

Для достижения наилучших характеристик изделия подход был отработан на лабораторных образцах размером 4х4 см. После чего ученые смогли перенести технологию создания медной контактной сетки на полноразмерный серийный фотоэлектрический преобразователь и фотоэлектрический модуль, собранный из таких ячеек.

Образцы фотоэлектрического модуля подвергались испытаниям при высокой температуре и влажности (1000 часов при 85 градусах и 85-процентной влажности), а также термоциклировании (200 термоциклов от минус 40 до плюс 85 градусов). По итогам испытаний мощность фотоэлектрических преобразователей с медной контактной сеткой снизилась менее чем на 5%. Результаты этих испытаний показали, что солнечные панели могут использоваться в течение 25 лет. Эксперименты проводились на базе Научно-технического центра компании в Санкт-Петербурге.

«По нашим оценкам, внедрение технологии по созданию медной контактной сетки на отечественных заводах по производству фотоэлектрических преобразователей приведет к экономии до 2 млрд рублей в год», — подчеркивает Артем Кочергин.