Технологический концерн 3М разработал полимерную пленку, которая должна наконец привести к прорыву ультратонких солнечных элементов. Это покрытие не пропускает жидкость и служит 20 лет.
Гибкие, легкие, ультратонкие – следующее поколение солнечных элементов откроет совершенно новые сферы применения. Однако, до сегодня не хватало доступного и надежного полимерного покрытия, способного полноценно заменить стеклянное покрытие традиционных солнечных элементов. Недавно компания 3М из США представила фторополимерную пленку толщиной в 23 микрометра, которая должна вытеснить стекло. “И это при одной сотой части толщины стеклянного покрытия”, — подчеркивает Дерек Де Сциоли (Derek DeScioli), бизнес-менеджер отдела возобновляемых энергий 3М.
Стекло отличается дешевизной, водонепроницаемостью и долговечностью. Однако, в то же время стекло тяжелое, твердое и хрупкое. Поэтому обычные солнечные элементы нужно транспортировать очень осторожно, что требует определенных затрат.
Новая пленка, разработанная 3М, решает не только эти проблемы. Отпадает также необходимость в каркасе, в который сейчас вставляются солнечные элементы, так что ультратонкое покрытие дает шанс крышам, неспособным выдержать значительную нагрузку: солнечные элементы с таким покрытием можно монтировать прямо в крышу.
«Гибкие солнечные элементы имеют много привлекательных характеристик. Но какую для них можно использовать оболочку? Этот аспект всегда оставался вне внимания», — говорит Стивен Хегедус (Steven Hegedus) из Института преобразования энергии в Делавэре.
Собственно говоря, обтянутые пленкой солнечные элементы уже производятся. Это, например, батареи, встроенные в туристические палатки или рюкзаки. Однако, эти пленки не выдерживают 20–25 лет и пропускают слишком много влаги, что отрицательно влияет на новые тонкослойные полупроводники.
3М использует в своей разработке только фторполимер, который практически не пропускает воду, говорит Дерек Де Сциоли. Квадратный метр пропускает лишь 0,5 миллиграмма – сотую часть того, что попадает через другие синтетические материалы. Благодаря тому, что фоторполимер обладает устойчивостью против высоких температур и ультрафиолетового излучения, срок его службы повышается. Кроме того, в 3М материал так усовершенствовали, что он почти не отбивает солнечного света.
Таким образом, 3М может решить проблему сбыта, остро стоявшую до сегодня для тонкослойных солнечных элементов: нечувствительные полупроводники имеют низкий КПД, в то время как эффективные полупроводники не так хорошо переносят влагу.
Тонкослойные элементы, например, разработанные фирмой United Solar Ovonic из Мичигана, изготавливаются из аморфного силиция, почти не страдающего от влаги, поэтому фирма может использовать в качестве уплотнения синтетическую смолу химического концерна DuPont. Однако, КПД элементов при этом составляет всего 7%.
Новые ультратонкие элементы из материала под названием CIGS – смеси меди, индия, галлия и селена – превращают в электричество в два раза больше света, чем элементы United-Solar. При этом, однако, материал полупроводников реагирует на влагу значительно сильнее, чем аморфный силиций. Элементы CIGS можно изготавливать на длинных металлических или пластмассовых лентах, однако в виду отсутствия подходящего полимерного материала в качестве уплотнения приходилось использовать стекло.
Полимерное покрытие от 3М можно применять как для элементов CIGS, так и для кадмиево-теллуридовых и органических солнечных элементов. «Главное преимущество нашей пленки в том, что производители смогут изготавливать большие модули», — говорит Де Сциоли. Сам материал не дешевле стекла, однако общие расходы сократятся за счет упрощения инсталляции.
Пока пленка производится только в экспериментальном режиме, однако в следующем году ее создатели планируют выйти на уровень массового производства. «Потенциальные клиенты до тех пор уже будут выстраиваться в очередь», — считает Де Сциоли.