Fraunhofer CSP в Германии разрабатывает сверхтонкие стеклянные фотоэлектрические модули с покрытием, повышающим механическую прочность

Репортаж от Wedoany，Германия — Центр кремниевой фотоэлектрики Фраунгофера (Fraunhofer CSP) совместно со стартапом Exxosqel GmbH разработал солнечный модуль из тонкого стекла, в котором специальное стеклянное покрытие компенсирует потерю механической прочности, вызванную уменьшением толщины стеклянной крышки.

Данный демонстрационный прототип использует переднюю и заднюю стеклянные панели толщиной 1 мм, общая площадь стекла составляет 300 мм × 200 мм. Модуль изготовлен с использованием стандартных материалов для герметизации солнечных модулей и четвертинок ячеек PERC с двусторонними M6 9-шинами. Эти четвертинки ячеек соединены последовательно, выходная мощность каждой ячейки составляет около 1,58 Вт. Ученый Fraunhofer CSP Ринго Кёпге отметил, что модуль изготовлен по стандартной технологии ламинирования фотоэлектрических модулей, но с модификацией технологических параметров, таких как температура, давление и настройки системы.

Покрытие описывается как многокомпонентная реакционная обработка поверхности, наносимая непосредственно на поверхность стекла. Оно вступает в химическую реакцию с гидроксильными группами (Si–OH), связанными с поврежденной поверхностью стекла и микротрещинами, образуя ковалентные связи со структурой стекла. По заявлению Exxosqel, эта реакция частично восстанавливает микротрещины, снижает хрупкость поверхности и повышает механическую прочность стекла. Образовавшийся сшитый композитный слой предназначен для сохранения прозрачности и химической стойкости, при этом поддерживая показатель преломления, соответствующий стеклу, чтобы минимизировать оптические потери.

Генеральный директор Exxosqel Томас К. Зауэр пояснил, что технология вдохновлена структурой раковины морского ушка, где небольшое количество органического материала значительно повышает ударную вязкость, образуя более прочную композитную поверхность при сохранении прозрачности и долговечности. Технология может быть интегрирована в существующие процессы производства или обработки стекла, что потенциально позволяет делать стеклянные изделия тоньше и легче без ущерба для механических свойств. Компания пока не раскрыла дополнительные подробности о химическом составе покрытия.

Согласно лабораторным испытаниям, проведенным Exxosqel, прочность образцов стекла толщиной 2 мм увеличилась с 79 МПа до 364 МПа, а образцов стекла толщиной 1 мм — с 184 МПа до более 1300 МПа. Компания оценивает, что использование более тонких стеклянных подложек может снизить вес до 40%, что приведет к уменьшению расхода материалов, энергопотребления и выбросов углерода.

Ринго Кёпге отметил, что процесс нанесения покрытия не ограничивается демонстрационным модулем и может применяться к стандартным солнечным модулям. Fraunhofer CSP считает, что покрытие для сверхтонкого стекла может стать решением для таких применений, как строительная интегрированная фотоэлектрика (BIPV), включая модули с печатными передними панелями и облегченной конструкцией.

Данная технология может снизить производственные затраты, расход материалов, вес модулей и связанные с ними транспортные и эксплуатационные расходы за счет использования более тонкого стекла. Однако более тонкое стекло также вызывает опасения по поводу механической долговечности в полевых условиях, особенно в экстремальных погодных условиях, таких как град. Согласно недавнему исследованию, проведенному в Индии, солнечные модули с передним стеклом толщиной 3,2 мм могут быть недостаточно прочными, чтобы выдержать штормы с крупным градом, и следует использовать переднее стекло толщиной не менее 4 мм, чтобы избежать серьезных повреждений.

Зауэр отметил, что широко распространено мнение о принципиальной несовместимости уменьшения толщины стекла с достаточной устойчивостью к граду, в то время как их технология направлена на преодоление этого традиционного ограничения, используя совершенно другой механизм упрочнения, который отделяет механические свойства от традиционных ограничений по толщине стекла. Испытания на устойчивость к граду полноразмерных модулей являются следующим важным этапом разработки. Основываясь на полученных на сегодняшний день механических результатах, команда настроена оптимистично, однако крупномасштабные испытания модулей все еще должны предоставить необходимые доказательства.