Пигментные солнечные элементы
Фотоэлектрогенерация для творческого применения в оконных и фасадных конструкциях.
Секция “Инновации и перспективы”
Доктор Андреас Хинш
Фраунгоферовский институт систем солнечной энергии ISE, Фрайбург, Германия
(Dr. Andreas Hinsch, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE,
Freiburg, Germany)
1 Окрасочные солнечные элементы
Уже 15 лет ведутся исследования солнечных элементов на основе окрасочного
слоя (dye solar cells). В отличие от обычных солнечных ячеек, для преобразования
света в солнечную энергию используется слой органического красочного покрытия.
Окрасочные (или пигментные) солнечные ячейки производятся привычным методом
трафаретной печати, который обладает широкими возможностями для дизайнерских
решений.
 |
Пигментный фотоэлектрический модуль размером 30 x 30 см разработки Fraunhofer ISE, изготовленный методом трафаретной печати стеклокристаллической фритты. |
2 Преимущества в производстве
Высокие отраслевые требования к уплотняющим материалам также распространяются
и на солнечные элементы. Практические испытания новых разработок в области
стеклокристаллических технологий с использованием фотопечати показали
возможность их воплощения с помощью достаточно простых и привычных производственных
процессов.
3 Разнообразие дизайна
Прототипы изделий, разработанные во Фраунгоферовском институте ISE открывают
широчайшие новые возможности для дизайна фасадов и рекламных решений.
Модули-прототипы имеют прозрачный желтоватый (скорее, янтарный) цвет.
С помощью светофильтров цвет может меняться. Применимы цветные наклейки
на подложке или гомогенная цветная поверхность. С помощью печати путем
напыления можно создать любые рисунки и тексты с ничтожно малыми потерями
выходной электрической мощности.
4 Внедрение и результат
Для этого проекта немецких и европейских исследователей-партнеров в ISE
были оптимизированы материалы и производственные процедуры, а с участием
Fraunhofer IAO были отработаны особые пигментные солнечные элементы.
Были подысканы партнеры, пожелавшие проинвестировать испытание системы
и сам демонстрационный проект.
5 Технология сегодня
В окрасочных или пигментных солнечных элементах имеется небольшое количество
желеобразного электролита, размещенного между электродами для переноса
заряда.
В ISE использовали технологию трафаретного нанесения фритты, правильность
такого выбора подтвердил ряд испытаний. Стеклокерамический припой-фритта
герметично уплотняет стеклянные пластины от воздействия окружающей среды
и предохраняет светочувствительный материал внутри от деградации.
Ускоренные ресурсные испытания в течение свыше 1000 часов в разнообразных
условиях освещенности и погоды показали достаточную стойкость и стабильность
элементов.
Всесторонние испытания для сертификации модулей по стандартной программе
для фотовольтаических генерирующих модулей еще предстоит закончить на
соответствующем испытательном оборудовании.
Для демонстрационных целей в Fraunhofer ISE сконструированы различные
пигментные солнечные модули размером 30 x 30 см с различными трафаретными
рисунками стеклокерамическим припоем (см рис).
Проект преследовал прежде всего демонстрационные цели. Тем не менее, измерительная
лаборатория в Японии доложила о 10,4% к.п.д. фотопреобразования с 1 см2
площади, занятой солнечными ячейками.
В модуле 6 солнечных ячеек соединены последовательно. Результирующее напряжение
составило 4,4 В при силе тока в 1,1 А и общей эффективностью по площади
модуля 3%. С развитием технологии печати фритты станет возможным за 2
следующих года поднять общий к.п.д. до 5% с единичного модуля площадью
60 і 100 см2.
6 Проект ColorSol
В рамках проекта “ColorSol — инновационные изделия длительного пользования
из окрасочных солнечных элементов” была разработана рыночная концепция
их использования в качестве фасадных элементов зданий и в качестве модулей
grid-систем энергоснабжения. Проект ColorSol достоен подражания, поскольку
он сразу развивался исключительно по требованию, при финансировании и
для целей бизнес-структур с целью получить ощутимую прибыль в дальнейшем.
Представители бизнеса и инвесторы заинтересованы продолжать совместные
работы по производству и последующему продвижению на рынок изделий из
пигментных солнечных элементов.
Цепочку получения прибавочной стоимости из пигментных солнечных модулей
замкнет консорциум предпринимателей.
Открывается новый рынок по производству фотопреобразующих наночастиц,
окрасочных паст для трафаретной стеклокерамической печати и особо чистых
реактивов, задействованных в технологическом процессе. Промышленники могут
изготовлять изделия нового типа прямо на существующем оборудовании для
листового фасадного стекла.
Высокая прибыльность изготовления пигментных солнечных модулей станет
примером успешного внедрения продуктивных научных идей и их высокодоходной
реализации.
