Современная солнечная энергетика долгое время развивалась по пути жесткого компромисса между эффективностью и форм-фактором. Традиционный кремний обеспечивает высокую стабильность и КПД, но остается заложником тяжелого стекла, в то время как перспективные перовскиты предлагают гибкость ценой долговечности. Исследователи из Италии предложили решение, которое объединяет эти два мира, превращая хрупкие кристаллы в эластичные модули. Этот технологический сдвиг открывает путь к массовому внедрению фотовольтаики в архитектуру и транспорт.
Индустрия солнечной энергетики десятилетиями опиралась на парадигму «квадратно, практично, надежно». Кремниевые панели, защищенные толстым слоем стекла, стали золотым стандартом эффективности, однако их вес и статичность ограничивают сферы применения. В то же время индустрия с надеждой смотрела на рулонные методы производства, которые ассоциировались исключительно с новыми, но нестабильными материалами. Коллаборация Университета Падуи и Института материалов для электроники и магнетизма (IMEM-CNR) перевернула это представление, доказав, что даже классический кремний может быть гибким.
В основе разработки лежит использование коммерческих кремниевых элементов с тыловым контактом IBC (interdigitated back contact). Эта технология позволяет вынести все электрические контакты на заднюю сторону ячейки, освобождая лицевую поверхность для максимального поглощения света и снижая вероятность механических повреждений при изгибе. Толщина таких элементов составляет всего около 150 мкм, что делает их потенциально пригодными для деформации, если обеспечить им правильную структурную поддержку.
Вместо традиционного стекла итальянские ученые применили полиэтилентерефталат (PET). Этот полимер выполняет двойную функцию: он служит защитным барьером и одновременно радикально снижает общую массу модуля. Ключевым достижением стало внедрение метода горячего прокатного ламинирования. Процесс представляет собой непрерывный поток, где элементы герметично запаиваются в пластик при температуре около 390 °C, в то время как направляющие ролики поддерживают температуру 130 °C. При скорости проката 9 мм/с и минимальном зазоре между роликами в 2 мм создается прочная, но эластичная композитная структура.
Анализ эффективности показал, что после ламинации потери мощности составили около 4,4 %. Важно отметить, что этот спад не связан с деградацией самого кремния или появлением микротрещин. Основная причина кроется в оптике: на границе раздела «воздух-полимер» возникают дополнительные отражения, которые препятствуют попаданию фотонов в активный слой. Эта проблема носит чисто технический характер и легко решается внедрением антибликовых покрытий.
Механическая устойчивость новых модулей оказалась впечатляющей. Одиночный элемент выдержал изгиб с радиусом до 95,4 мм, не демонстрируя никаких признаков структурного разрушения. Более сложный модуль формата 2×2 сохранил 93 % своей мощности даже при изгибе с радиусом 155 мм. Это доказывает, что полимерная оболочка эффективно распределяет механическое напряжение, предотвращая катастрофический разлом хрупкого кристалла.
Для подтверждения эксплуатационной надежности прототип был подвергнут длительному стресс-тесту: модуль закрепили на криволинейной поверхности и оставили на открытом воздухе на 672 часа. По итогам почти месяца испытаний эффективность снизилась всего на 3,88 %, что подтверждает высокую стабильность системы. Исследователи заметили, что ламинация не создает новых дефектов, хотя может способствовать распространению уже имевшихся микротрещин, что подчеркивает важность качества исходных кремниевых пластин.
В ближайшей перспективе команда намерена оптимизировать процесс сборки, заменив традиционную пайку проволокой на технологию пайки пастой. Это позволит создавать соединения, которые могут плавиться и восстанавливаться без создания внутренних механических напряжений, что критически важно для рулонного производства.
Подобный подход превращает солнечную панель из громоздкой конструкции в гибкий «лист», который можно интегрировать непосредственно в обшивку автомобилей, фасады зданий со сложной геометрией или элементы носимой электроники. Переход к рулонному производству кремниевых модулей может существенно снизить стоимость их изготовления, делая высокоэффективную энергетику доступной для самых разных сценариев применения.
Возвращение Starship из Индийского океана
