Вопрос эксперту

— Каким образом построено взаимодействие Института им. А. Ф. Иоффе и ООО «Хевел»?

— По сути дела, солнечная энергетика в нашей стране в свое время начиналась именно в Физико-техническом институте, здесь были сделаны первые солнечные элементы. В 2010 г. было создано ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе». С соответствующей инициативой выступила Группа компаний «Ренова» — один из учредителей «Хевел» [второй учредитель завода — ОАО «РОСНАНО» — Прим. ред.]. Сегодня НТЦ является участником инновационного центра «Сколково», а также контактирует с разными научными центрами Европы, аккумулируя то новое, что рождается в мире в области солнечной энергетики.

Основные задачи нашего центра — совершенствовать технологии производства солнечных модулей, а также предлагать решения, которые позволят предприятию создавать конкурентоспособный продукт, пригодный не только для внутреннего рынка, но и для экспорта.

В НТЦ есть пилотная линия, аналогичная производственной линии на заводе. Мы разрабатываем идею, проверяем ее на пилотной линии, масштабируем, и затем отдаем на производство, таким образом, цикл перехода от разработки к производству сокращен до минимума.

 

— Как вы оцениваете состояние рынка солнечной энергетики в России?

— Сегодня этот рынок только формируется. Есть два направления, в котором он развивается: большая энергетика — для крупных компаний, и малая — для дачных хозяйств, индивидуальных домов. Оценивая потенциал этого рынка, мы увидим, что в России 10 млн человек живет на территории, где отсутствует централизованное электроснабжение. Если предположить, что 3 млн из них захотят организовать собственную генерацию на солнечных панелях и возьмут установки мощностью 2 кВт на один дом, то уже получится 6 ГВт. Таким образом, мы видим обширный рынок, который должен осваивать малый бизнес.

В соответствии с правительственной программой развития солнечной энергетики, до 2020 г. необходимо инсталлировать 1,5 ГВт мощностей. К слову, завод в Новочебоксарске обладает мощностью порядка 100 МВт — этого недостаточно, чтобы выполнить программу. Значит, необходимо строить новые заводы или наращивать мощность существующего. Как увеличить мощность предприятия — вот одна из актуальных на сегодня для нас научных задач.

 

— Каким образом можно решить эту задачу?

— Сегодня на заводе производятся модули размером 110х130 см. Структура этого модуля содержит порядка 11 тонкопленочных слоев, которые имеют наноразмеры. Производство организовано по технологии компании Oerlikon Solar (Швейцария), обеспечивающей полную роботизацию чистой зоны: туда заходит стекло, моется, проходит все операции, поступает на конвейер, выполняются контакты и выходит готовый модуль. При этом оказывается, у швейцарцев была приобретена не только технология производства тонкопленочных модулей, контракт подразумевает возможность производства перспективных модулей.

Поясню. На основе тонкопленочного кремния делаются самые дешевые солнечные элементы, имеющие КПД порядка 10%. Существуют также мультикристаллические и монокристаллические модули. Последние дают самый высокий КПД, но они самые дорогие, поскольку технология изготовления кристаллических панелей — более сложная. Поэтому выбор модуля — это всегда компромисс: выбрать дешевый модуль с меньшим КПД или заплатить больше, но поставить более эффективный. У обоих решений есть свои преимущества.

Задача науки в том, чтобы объединить мультикристаллическую и тонкопленочную технологии, используя современные плазмохимические процессы. Это позволит производить самые совершенные модули, где основой служит кремниевая пластина, а p-n-переход [электронно-дырочный переход — Прим. ред.] формируются не традиционными методами — диффузии и имплантации, а методом плазмохимии. Если эта технология будет внедрена на заводе «Хевел», то мощность производства возрастет до 1 ГВт. Это позволит выполнить задачу, которую ставит Правительство.

 

— Могли бы вы пояснить, что такое p-n-переход, и в целом, какие процессы приводят к тому, что внутри солнечной панели возникает электричество?

— P-n переход — ключевое понятие для солнечной генерации. В панели используется материал, в котором имеются p- и n-половины, на месте контакта этих материалов рождается встроенное поле. Попадание света рождает электронный переход, то есть свет рождает в полупроводнике носители, а поле, которое получается за счет формирования перехода, разделяет эти носители. В результате возникает электричество.

 

— Занимаетесь ли вы поиском новых материалов для солнечных панелей?

— Когда ученый делает выбор, заниматься ему или нет каким-то направлением, то критерием для данного выбора должны быть интересы практики. Нужно оценивать практическую целесообразность вкладывания средств бизнеса в определенное направления развития солнечной энергетики. Допустим, есть интересный материал, к примеру, медь или селен, но мы понимаем, что его совокупных запасов хватит только на десятки ГВт мощностей. Это значит, что с точки зрения большой энергетики он не интересен, поскольку нам нужны сотни ГВт. Кроме того, существуют определенные ограничения по применению токсичных материалов. На сегодняшний день 90% продаваемых модулей выполнены на кремнии. И оценивая перспективные тенденции, мы видим, что кремний остается фаворитом.

 

— Тогда каковы направления вашей научно-исследовательской деятельности?

— Наука должна видеть перспективы на ближайшие 20–30 лет. Традиционная технология, применявшаяся до сих пор, была высокотемпературной, а значит, не позволяла работать с тонкой пластиной. Стоимость же солнечного элемента складывается из затрат на материалы и необходимые технологические процессы. Использование тонких пластин обеспечивает экономию материала. Если сократить количество технологических процессов, то дешевле станет и изготовление. Мы работаем над тем, как решить оба этих вопроса.

Таким образом, у нас есть модуль, который мы готовы продавать, есть идеи, как модернизировать производство и вывести его на новую производительность, и, наконец, мы ищем пути, как современную технологию превратить в технологию будущего. Сейчас мы работаем с кремниевой пластиной в 200 микрон, но для преобразования энергии солнца достаточно 10 микрон.

Известны технологии, которые позволяют отделить от кристаллического слитка или от пластины слой 10 микрон, но эту пластину нужно на чем-то разместить. Самая дешевая подложка — это стекло. Затем методами плазмохимии необходимо сформировать p-n-переход. Таким образом, мы вернемся к той технологии, от которой сейчас пытаемся уйти, но на новом уровне, получая уже 20–22% КПД вместо 10–13%. В результате панели подешевеют за счет меньшего размера и включения новых техпроцессов, и солнечные генерация станет доступнее для потребителей.

 

Подготовил Кира Патракова

По материалам «Иннопром-2014»