Осенняя – подробна.»
Б. Пастернак.
Солнечная энергетика, выражаясь словами классика – «подробна» — в том смысле, что предлагает множество вариантов. Существуют кремниевые элементы, как с высоким кпд – монокристаллические, так и с кпд пониже – мультикристаллические, тонкопленочные элементы на теллуриде кадмия и диселениде меди-индия, дорогие каскадные солнечных элементы на арсениде галлия с очень высоким кпд и дешевые органические элементы, где кпд составляет единицы процентов. Помимо стоимости и кпд, они различаются стабильностью характеристик, спектральной чувствительностью, удобством монтажа и множеством других особенностей. Какие же именно направления следует развивать в России, что заслуживает поддержки государства и общества, если говорить не только о сегодняшнем дне, но и о завтрашнем? В сложившейся ситуации в России существует соблазн купить относительно дешевую линию по одной из традиционных технологий (стандартная технология обеспечивает кпд 17% для мультикристаллических и 19% для монокристаллических ФЭП). Но что произойдет в двух- или трехлетней перспективе?
Поискам ответа на этот совершенно не тривиальный вопрос был посвящен Круглый стол “Фотовольтаика – новый вектор развития электроники”, состоявшийся в апреле в «Крокус Экспо», в рамках форума электронной промышленности “ЭкспоЭлектроника-2014” . Участие в работе круглого стола приняли более 40 специалистов: производители, ученые, разработчики, инвесторы. Модератором круглого стола по установившейся традиции выступил доктор физ.-мат. н., профессор А. Г. Казанский, главный научный сотрудник кафедры Физики полупроводников физфака МГУ. Все презентации круглого стола доступны: http://expoelectronica.primexpo.ru/ru/present_photovoltaics_2014
Геннадий Григорьевич Унтила, ведущий научный сотрудник НИИЯФ МГУ, к. ф.-м. н. представил доклад «Пути повышения эффективности кремниевых солнечных элементов». В его презентации были рассмотрены основные тенденции развития фотоэнергетики на основе кристаллического кремния. Так как доля стоимости кремния при производстве ФЭП остается достаточно существенной, толщина пластин будет снижаться, что повысит риск их выгибания и растрескивания в процессе нагрева. Выход может быть найден за счет перехода к двусторонним ФЭП с симметричными контактами, отказа от трафаретной печати в пользу использования проволочных контактов, снижения температуры вжигания контактов. В настоящий момент большинство ФЭП выполняется с контактами на обеих сторонах (несимметричными). В дальнейшем ожидается рост числа ФЭП с контактами только на тыльной стороне и двусторонних ФЭП. Имеет смысл обратить внимание на то обстоятельство, что двусторонние ФЭП вырабатывают больше энергии, чем односторонние, прежде всего — в пасмурную погоду. Отдельно рассмотрены успехи российских разработчиков в лице НИИЯФ МГУ и фирмы «Солнечный ветер» в создании двусторонних солнечных элементов. Докладчик завершил выступление тезисом, что наиболее адекватной для закупки и дальнейшей отработки на текущий момент представляется технология двусторонних ФЭП т. н. « n-PASHA», разработки компаний RENA-ECN.
С альтернативными предложениями выступил Борис Львович Эйдельман, заместитель генерального директора ЗАО «Телеком- СТВ», к. т. н (сообщение «Возможности и перспективы организации производства ФЭП на основе структур «аморфный-монокристаллический кремний»). Им были рассмотрены перспективы т. н. «HIT-технологии». Наиболее высоких значений кпд удается достичь за счет комбинации монокремниевой и аморфной технологии. Слои аморфного кремния наносятся на поверхность монокремниевой пластины из газовой фазы, за счет чего формируется два перехода, что позволяет расширить область спектра солнечного излучения для поглощения и преобразования. докладчик обратил внимание и такие ее возможности, как снижение рабочих температур в технологическом процессе, наилучшие перспективы роста кпд, низкие температурные коэффициенты мощности, высокая устойчивость к деградации. Указывается на существенное снижение количества технологических переделов при производстве ФЭП, описываются перспективы снижения себестоимости на основе и дорожной карты развития фотоэнергетики. ЗАО «Телеком-СТВ» предлагает программу НИОКР по подъему кпд ФЭП на основе данной технологии до уровня, близкого к 25%. Экспортный потенциал разрабатываемой технологии, по мнению выступающего, также достаточно велик.
Доктор наук, профессор Евгений Теруков, заместитель генерального директора научно-технического центра тонкопленочных технологий при ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, выступил с сообщением «Плазмохимическое осаждение в технологии солнечных элементов на кремнии». На площадке ООО «НТЦ Тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. Иоффе» представлена автоматизированная линейка оборудования для производства тонкопленочных фотоэлектрических модулей на основе системы «аморфный-микрокристаллический кремний». Не секрет, что многие специалисты выражают сомнение в разумности приобретенной несколько лет назад оборудования для производства тонкопленочных фотоэлектрических модулей, имеющих в настоящее время кпд 8-9%, на основе системы «аморфный-микрокристаллический кремний» по технологии Oerlikon. На основе этой устаревающей технологии сейчас завершается строительство завода «Хэвэл» в Новочебоксарске. В случае отмены Постановления № 449 или строительства в России завода по более прогрессивной технологии, такое производство обречено на ликвидацию, говорят критики.
Полемизируя с такой распространенной, но не безусловной точкой зрения, докладчик отметил, что разработки НТЦ посвящены созданию по той же технологии, например, тандемных пленок на основе аморфного кремния и германия для повышения кпд. Докладчик показал, что плазмохимическая технология представляет собой мощный инструмент для создания структур самого различного состава. В том числе, и это было весьма остроумное предложение, имеющееся оборудование может быть использовано для работ по перспективным ФЭП на основе технологии HIT. Нечасто появляется возможность превратить сомнительный шаг, который уже сделан, в основу следующего шага, уже, безусловно, разумного.
Аркадий Валерьевич Наумов, с. н. с. ОАО “НПП КВАНТ” доложил присутствующим о “Рынке поликремния в период до 2018 гг.” Было рассмотрено поведение мирового рынка поли-кремния, который в настоящее время характеризуется некоторым перепроизводством и наличием избыточных мощностей. Установлено, что, при отсутствии макроэкономических потрясений, перепроизводство будет ликвидировано растущим потреблением поликремния и спрос в мире на новые мощности по производству поликремния вернется в ближайшие 3–4 года. Следует отметить, что в РФ сейчас отсутствует производство как поликремния, так и его производных — слитков моно- и мультикристаллического кремния. Встает проблема качества кремния, используемого в различных технологиях. Например, наивысший уровень чистоты кремния требуется для технологии IBC (Interdigitated back contacts). Так как в перспективе планируется объединить эту технологию с «HIT-технологией», логично предположить, что для создаваемого производства потребуется высококачественный кремний. Таким образом, отсутствие в России высококачественного сырья может привести к остановке любого производства новых высокотехнологичных ФЭП.
А. Б. Тарасенко описал эксперименты по сравнительным испытаниям фотоэлектрических модулей различных типов, начатые в ОИВТ РАН. На данном, начальном этапе экспериментов продемонстрировано, что в пасмурные дни наилучшую выработку демонстрируют фотоэлектрические модули тандемного типа на основе аморфно-микрокристаллических кремниевых пленок, двусторонних ФЭП и тонких пленок CIGS. В солнечные дни наилучшие результаты показывают модули на основе технологии Canadian Solar, и тонких пленок CIGS, при этом монокристаллические одно- и двусторонние модули отстают несущественно. Важным аспектом также являются капитальные затраты для различных типов модулей, которые частично определяются их кпд. Представленные данные необходимо использовать разработчикам станций и инвесторам для сравнения модулей между собой и выбора для строительства станций в самых разных уголках России.
После докладов завязалась оживленная дискуссия. Вызывает озабоченность тот факт, что, несмотря на целый ряд проектов, реализованных с участием РАН, Минобрнауки, Роснано, Фонда «Сколково» и других отечественных институтов развития по солнечной энергетике, на сегодняшний момент РФ, серьезно отстает в области наземной фотоэнергетики, особенно, в части производства. Имеющиеся заводы мало конкурентоспособны, задел по перспективным кремниевым модулям с высоким кпд крайне мал. Не существует и дорожной карты отечественной фотоэнергетики. Необходимо, отметили собравшиеся, активизировать работу таких организаций и объединений, как Советы РАН, Технологическая платформа «Перспективные технологии ВИЭ», Ассоциация солнечной энергетики России.
А. В. Наумов
Эксперт Аналитического центра по модернизации
и технологическому развитию экономики
России
при Правительстве РФ