За последние годы стоимость солнечных батарей значительно снизилась. Это привело к тому, что сегодня темпы производства солнечных панелей превышают ожидания большинства аналитиков. Но поскольку из технологии в ее нынешнем виде уже выжали практически все возможное, дальнейшее снижение стоимости требует принципиально нового подхода. И такой подход уже разработали ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). Они предлагают снизить стоимость батарей, уменьшив физический объем кремния, который требуется для их производства.
Идея о более тонких батареях не нова. Ее уже исследовали около десяти лет назад, когда мир столкнулся с перебоями в поставках кремния. Но тогда же обнаружился важный недостаток. Более тонкие кремниевые пластины оказывались слишком хрупкими. Это приводило к большому количеству брака в процессе производства. Также тонкие батареи имели низкую эффективность.
Сегодня исследователи говорят, что знают, как решить эти проблемы с помощью новых технологий производства и усовершенствованной архитектуры самих батарей. Решение изложено в свежем выпуске журнала Energy and Environmental Science.
Техноэкономический подход
Ученые называют свой подход “техноэкономическим”, подчеркивая, что экономические соображения столь же важны, как и технологические. Ведь для популяризации солнечной энергетики очень важно, чтобы солнечные панели становились доступнее для пользователей.
В настоящее время производство солнечных панелей продолжает расти со скоростью около 30% в год. При этом 90% солнечных батарей в мире сделаны из кристаллического кремния. Кремниевые фотоэлектрические элементы, сердце солнечных батарей, изготавливаются из пластин кремния толщиной 160 мкм. Но с помощью усовершенствованных методов обработки исследователи предлагают сократить эту толщину сначала до 100 микрометров, а со временем - до 40 микрометров. Таким образом, на производство одной панели будет уходить в четыре раза меньше кремния, чем сейчас.
Снижение толщины, очевидно, снизит стоимость панелей. Но также важно, что это позволит быстрее наращивать производственные мощности. В данный момент все упирается в скорость постройки новых установок для производства кремниевых кристаллических слитков, которые затем нарезают на пластины. Но если пластины станут тоньше, то из одного кремниевого слитка можно будет сделать больше батарей. Значит, скорость производства слитков станет меньшей проблемой.
Очень важно, что эффективность панелей практически не сокращается с уменьшением толщины. “Из графиков эффективности и толщины мы видим, что есть область где эффективность не меняется. И это та область, где можно потенциально сэкономить некоторые деньги”, - говорит Чжэ Лю, доктор наук MIT и один из авторов исследования.
По словам ученых, переход на производство более тонких панелей может быть долгим и затратным, но выгода от него в конечном счете перекроет все расходы. Нынешние методы производства позволяют без особых сложностей перейти на создание панелей толщиной 100 микрометров. Но для создания более тонких батарей потребуется технология, позволяющая выращивать пластинчатые кремниевые кристаллы, а не нарезать их из больших брусков. Такие технологии уже имеются, но пока не выходят за пределы научных лабораторий. По словам ученых, однажды они позволят снизить толщину солнечных панелей до 40 или даже до 15 микрометров.
К сожалению, энергоэффективность кремниевых солнечных батарей уже практически достигла своего максимума. Если наука и сможет выжать что-то из кремния, это будет прирост на пару процентов. А значит, для повышения глобальной эффективности солнечной энергетики нужно наращивать площади солнечных электростанций, устанавливая панели, где только возможно. Более легкие и дешевые батареи, однозначно, упростят эту задачу.
Если хотите получать новости через мессенджер, подписывайтесь на новый Telegram-канал iGate
