Заощадить мільярди: новий винахід запобіжить катастрофі із сонячними панелями

Виробництво сонячних панелей під загрозою через дефіцит сировини, проте вчені вже знайшли спосіб знизити споживання срібла.

Група вчених з Великої Британії розробила нову конструкцію для сонячних панелей, щоб запобігти катастрофі в цій галузі, пов'язаній зі збільшенням кількості електростанцій. Про це дослідження пише журнал PV Australia.

Інженери зі Школи фотоелектрики і поновлюваних джерел енергії Університету Нового Південного Уельсу придумали нову конструкцію контактів, виготовлених методом трафаретного друку, щоб знизити витрати і споживання срібла, не жертвуючи водночас ефективністю сонячних елементів з тунельно-оксидними пасивуватими контактами (TOPCon). Очікується, що їхній винахід допоможе встановити набагато більше сонячних батарей по всьому світу.

За словами вчених, конструкція може знизити вміст срібла в TOPCon з 12-15 мг/Вт до 2 мг/Вт. Це дасть змогу утримувати споживання срібла в сонячній енергетиці на рівні нижче 20% від світової пропозиції в міру масштабування фотоелектричних систем.

При цьому ефективність осередків під час досліджень в університеті становила 24,04%. Китайським партнерам вдалося зробити на своїх підприємствах свої сонячні батареї за цією ж технологією, і їхня ефективність за результатами вимірів становила 26,7%.

Бретт Галлам, доцент Школи фотоелектричної та відновлюваної енергетики Університету Нового Південного Уельсу наголосив, що наразі галузь не думає про майбутнє. У своїй статті 2021 року він спростував припущення, що сонячні панелі, зроблені за технологією пасивованого емітера з тильним контактом (PERC), незабаром будуть замінені більш ефективними.

Він упевнений, що срібло, вісмут та індій, необхідні для їх виробництва, закінчаться набагато раніше. Зокрема, світові запаси індію, з якого роблять провідний оксид, дадуть змогу забезпечити виробництво лише 200 ГВт.

"Спочатку моя робота була зосереджена на підвищенні ефективності осередків, а потім ми визначили, що споживання срібла може бути проблемою. Ґрунтуючись на цьому конкретному проєкті, над яким я працював, ми порахували, що існує потенціал для скорочення споживання срібла до 90%", — додав доктор Юйчао Чжан.

Зниження вмісту срібла може призвести до поломок контактів, втрати електричного опору і проблем з надійністю. Однак нова технологія забезпечують додаткову провідність, зберігаючи або перевершуючи ефективність традиційних конструкцій срібних елементів.

У своїй конструкції дослідники використовували срібну пасту від шанхайського партнера проєкту Changzhou Fusion New Material Co. У статті стверджується, що використання звичайних срібних паст для критичної функції формування інтерфейсу метал/Si забезпечує переваги, зумовлені десятиліттями удосконалень і оптимізацій срібної пасти.

Метод трафаретного друку сумісний з поточними виробничими процесами. Він може працювати з лініями PERC і TOPCon без необхідності в нових інструментах.

Чжан і Халлам визнали, що технологія мідного покриття в кінцевому підсумку допоможе замінити срібло. Вони також вивчають гібридні підходи, що поєднують сильні сторони трафаретного друку з перевагами процесів гальванізації, які використовуються під час металізації міді.

Спочатку це буде складно і зведе нанівець переваги через відмову від дорогого срібла. Виробники паст можуть на перших етапах робити значну націнку на свої нові формули.

"Згодом ми думаємо, що ці мідні або алюмінієві пасти, або що б ми не використовували, можна буде виробляти набагато, набагато дешевше, ніж срібні пасти, — сказав доктор Чжан. — По суті, перехід на несрібні пасти заощадить гроші, потенційно до 0,01 або 0,02 дол./Вт.

За його підрахунками, велика компанія, що виробляє від 10 до 20 ГВт електроенергії на рік завдяки сонячним модулям, могла б економити близько 50 мільйонів доларів на рік.