Немецкие ученые разработали инновационную технологию производства солнечных элементов с помощью струйной печати. Новый метод поможет заменить фотолитографию, снизить стоимость панелей, сократить отходы и открыть путь к доступной солнечной энергетике, включая космос.

Производство высокоэффективных солнечных элементов долгое время оставалось одной из самых сложных и дорогостоящих задач в энергетике и космической промышленности. Несмотря на рост спроса на возобновляемые источники энергии и спутниковые технологии, ключевые методы изготовления фотоэлектрических ячеек практически не менялись десятилетиями.

Разработка ученых из Германии предлагает иной подход, способный изменить саму логику создания солнечных элементов и сделать отрасль одновременно дешевле и экологичнее.

Струйная печать как альтернатива фотолитографии

В основе новой разработки лежит применение струйной печати с использованием специальных плавящихся чернил. Эти чернила наносятся на поверхность солнечной ячейки строго по цифровому шаблону и формируют защитный рисунок для дальнейших технологических операций. Такой подход позволяет отказаться от классической фотолитографии, которая традиционно требует применения токсичных химических реагентов, многоступенчатой обработки и значительных объемов воды.

Высокая точность струйной печати дает возможность формировать сложные структуры без избыточного расхода материалов. Производственный процесс становится более компактным и управляемым, а количество технологических этапов существенно сокращается. В результате уменьшаются не только затраты, но и вероятность производственных дефектов.

Экологические и экономические преимущества технологии

Одним из ключевых достоинств нового метода является полное исключение жидкостно-химического проявления. Это означает резкое сокращение химических отходов, которые ранее было сложно утилизировать без ущерба для окружающей среды. Снижается и нагрузка на очистные системы, что особенно важно для предприятий, работающих в условиях ужесточающегося экологического регулирования.

С экономической точки зрения струйная печать снижает потребность в сложном и дорогостоящем оборудовании. Отказ от ряда вакуумных и температурно нагруженных процессов делает производство менее энергоемким, а значит более рентабельным при масштабировании.

Новая схема металлизации солнечных элементов

Еще одним важным элементом технологии стала замена вакуумного испарения металлов процессом гальванизации. После нанесения чернильного шаблона металл электрохимически осаждается только на открытых участках полупроводника. Такой принцип позволяет формировать токосборные контакты с высокой точностью и практически исключает перерасход драгоценных материалов.

В традиционных схемах избыточный металл оседает на всей поверхности и затем удаляется химическим путем. Новый подход устраняет этот неэффективный этап и делает процесс более чистым и управляемым, что особенно важно при работе с дорогостоящими компонентами.

Значение для солнечных панелей космического назначения

Особую роль новая технология может сыграть в производстве многопереходных солнечных элементов III–V типа, которые применяются для питания спутников. Эти панели отличаются рекордной эффективностью и устойчивостью к радиации, однако их изготовление связано с использованием германиевых подложек и чрезвычайно сложных технологических цепочек.

Выращивание сверхтонких полупроводниковых слоев, вакуумная обработка и фотолитография делают такие солнечные элементы крайне дорогими. Применение струйной печати и гальванического осаждения позволяет существенно сократить количество этапов и снизить себестоимость без потери эксплуатационных характеристик, что критически важно для массового запуска спутников.

Перспективы применения и влияние на рынок

Проект уже находится на финальной стадии демонстрации, цель которой создание полностью функционального фотоэлектрического элемента, пригодного для эксплуатации в космических условиях. Успешная реализация откроет путь к более доступным солнечным панелям для спутниковых систем связи, навигации и наблюдения за Землей.

В перспективе технология может найти применение и в наземной солнечной энергетике. Упрощение производства и снижение экологической нагрузки делают струйную печать привлекательной для широкого спектра задач от промышленных солнечных электростанций до интеграции фотоэлементов в здания и инфраструктуру.