По мере того как в отрасли продолжается бурное обсуждение концепции «космической фотоэнергетики», вновь и вновь подчеркивается несколько ее ключевых технических характеристик: малый вес, высокая выходная мощность, устойчивость к радиации и долгосрочная надежность. Эти требования естественным образом направляют внимание на ключевую технологию, которую мы давно развиваем и уже внедрили в промышленном масштабе — применение ультратонких кремниевых пластин в гетеропереходных (Heterojunction, HJT) солнечных элементах.

Сегодня, когда мы вновь обращаемся к техническому документу, выпущенному компанией Risen Energy — «Модули Hyper-ion с гетеропереходом (HJT) от Risen Energy: технический документ (Белая книга) по разработке и промышленному применению сверхтонких кремниевых пластин» (Risen Energy’s HJT Hyper-ion: A White Paper on Development and Industrial Application of Ultra-Thin Silicon Wafers), мы обнаруживаем, что многие идеи, которые сейчас обсуждаются на передовых рубежах отрасли, уже были заложены в практической инженерной логике, описанной в этом документе. Этот комплексный отчет, опирающийся на опыт массового производства, может предложить отрасли перспективу, которая сочетает в себе технические знания и практическую поддержку.

1. Почему именно «тонкие» пластины? Неизбежный выбор, продиктованный самой природой технологии 

В техническом документе мы четко указываем, что в структуре себестоимости HJT-солнечных элементов кремниевые пластины составляют наибольшую долю — около 55%. Поэтому уменьшение толщины пластин является самым прямым и эффективным методом снижения себестоимости. Однако причины такого подхода выходят далеко за рамки экономических соображений. Они напрямую связаны с самой природой технологии HJT.

Полностью низкотемпературный производственный процесс HJT (<200° C) и полностью симметричная структура элемента позволяют обрабатывать кремниевую пластину гораздо более «мягким» способом, что существенно снижает риски деформации и разрушения пластин, возникающие при высокотемпературных процессах и асимметричных напряжениях, характерных для технологий PERC и TOPCon. В этом смысле ультратонкие пластины не просто совместимы с технологией HJT — они являются ее неотъемлемым преимуществом и одним из ключевых факторов, открывающих возможности для ее дальнейшего применения.

2. Как сохранить надежность при уменьшении толщины? Системный баланс эффективности, выхода продукции и механической прочности

Мы провели ряд исследований и практических испытаний, направленных на анализ эффективности, выхода продукции и механической прочности:

2.1. Компромиссы по эффективности

Результаты наших экспериментов, согласующиеся с выводами отраслевой литературы, выявляют интересный эффект «качелей»: ток короткого замыкания (Jsc) уменьшается по мере уменьшения толщины пластины, а напряжение холостого хода (Voc) при этом увеличивается. Коэффициент заполнения (FF) остается относительно стабильным. В пределах определенной фазы «плато» общее снижение эффективности элемента минимально и находится в допустимых пределах. Ширина этого плато варьируется в зависимости от технологии солнечных элементов. В компании Risen Energy элементы HJT Hyper-ion, изготовленные с использованием пластин толщиной 110 мкм, уже достигли средней эффективности 26,4%, причем лучшие производственные партии превышают 26,6%. Эти результаты демонстрируют, что для технологии HJT правильное уменьшение толщины пластины не ограничивает верхний предел производительности.

2.2. Оптимизация производственного процесса

Мы полностью переработали конфигурацию кассет для кремниевых пластин, перейдя с горизонтальной загрузки на вертикальную, а также оптимизировали все процессы автоматизации и транспортировки на производственной линии. Результаты показывают стабильный коэффициент выхода продукции выше 99,5% при уровне повреждений пластин менее 0,25%. Это подтверждает, что производственные сложности, связанные с уменьшением толщины пластин, могут быть успешно преодолены благодаря системным инновациям в технологических процессах и оборудовании.

2.3. Новое понимание механической прочности

Проведенные нами сравнительные испытания показали, что элементы PERC толщиной 150 мкм и TOPCon толщиной 130 мкм разрушались при испытаниях на изгиб. Однако при уменьшении толщины ниже 100 мкм элементы, наоборот, демонстрировали отличную гибкость. Элементы HJT обладают исключительной гибкостью, что открывает новые возможности для создания легких модулей и применения в особых условиях эксплуатации.

3. От наземных установок к космосу: дальнейшее развитие концепции «тонкости»

Наши серийные продукты HJT Hyper-ion для наземных солнечных электростанций используют кремниевые пластины толщиной 110 мкм, при толщине самого солнечного элемента около 95 мкм. На этом уровне толщины нам удалось достичь оптимального баланса между эффективностью, выходом продукции и надежностью при значительном снижении стоимости. Однако это лишь один из аспектов наших технологических возможностей.

Важно отметить, что для космических фотоэлектрических систем, где требуется крайне высокий показатель мощности на единицу массы, солнечные элементы обычно должны иметь толщину 70 мкм или даже меньше. Благодаря многолетнему опыту разработки технологий ультратонких HJT-пластин, компания Risen Energy уже обладает возможностью производить элементы толщиной менее 70 мкм.

4. Как обеспечить эффективную работу ультратонких элементов? Системные инновации — от элемента до модуля

Традиционная высокотемпературная пайка больше не подходит для столь тонких элементов. Для решения этой задачи компания Risen Energy разработала новую технологию Hyper-link — бесстрессового соединения солнечных элементов. Эта технология защищена более чем 50 эксклюзивными патентами и позволяет избежать термических напряжений при пайке, идеально отвечая низкотемпературным характеристикам HJT и физическим свойствам ультратонких элементов.

Это нововведение подкреплено строгими испытаниями на надежность, значительно превосходящими требования стандартов МЭК (IEC), включая: статическую нагрузку 5400 Па; 10.000 циклов динамической нагрузки; 2000 часов испытаний во влажной среде (DH2000); 400 температурных циклов (TC400) и другие испытания на ускоренное старение. Результаты подтвердили, что модули Hyper-ion, использующие ультратонкие пластины и технологию Hyper-link, демонстрируют деградацию характеристик мощности намного ниже стандартных требований.

5. Интегрированные исследования и разработки

Оглядываясь на путь развития технологии ультратонких пластин, можно отметить, что ее основой являются не только отдельные технологические прорывы, но и комплексные инновации, охватывающие пластины, элементы и модули. Технологии уменьшения толщины пластин, металлизации с низким содержанием серебра, элементы без токосборных шин (zero-busbar) и Hyper-link соединяются подобно деталям пазла в рамках единой инженерной концепции, формируя комплексное конкурентное преимущество продуктов Hyper-ion.

Путь, пройденный Risen Energy в области разработки ультратонких пластин, начался как ответ на необходимость снижения стоимости в отрасли, а его успех стал возможен благодаря глубокому пониманию технологической природы процессов и системному инновационному подходу. Возвращаясь к этому техническому документу и делясь его содержанием, мы стремимся представить текущий этап нашего технологического развития и промышленной практики, а также вместе с партнерами по отрасли продвигать фотоэлектрические технологии к будущим продуктам, которые будут легче, прочнее и революционнее, чем когда-либо прежде.