Solexel

Solexel — это американская компания, занимавшаяся разработкой и производством тонкоплёночных солнечных элементов и модулей на основе технологии кремниевых пластин. Компания была основана в 2005 году и базировалась в Милпитасе, Калифорния. Основным направлением деятельности Solexel было создание высокоэффективных и недорогих фотоэлектрических преобразователей, использующих инновационную архитектуру с удалением подложки для снижения расхода кремния и повышения КПД.

История

Основание и ранние годы

Компания Solexel была основана в 2005 году группой инженеров и предпринимателей, специализирующихся в области солнечной энергетики. Изначально проект был сосредоточен на разработке технологии, позволяющей значительно сократить количество кремния, используемого в производстве солнечных элементов, без потери эффективности. В 2008 году компания привлекла первые инвестиции от венчурных фондов, включая Formation 8 и Kleiner Perkins Caufield & Byers.

Технологический прорыв

Ключевым достижением Solexel стала разработка технологии «эпитаксиального роста» тонких слоёв кремния на пористой подложке. В 2010 году компания объявила о создании прототипа солнечного элемента с КПД 20,1 %, что было рекордным показателем для тонкоплёночных кремниевых ячеек на тот момент. В 2011 году Solexel продемонстрировала элемент с КПД 21,2 %, подтверждённый Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL) США.

Коммерциализация и производство

В 2012 году Solexel начала строительство пилотной производственной линии в Милпитасе. К 2014 году компания запустила опытное производство модулей мощностью до 250 Вт. В 2015 году Solexel привлекла $102 млн инвестиций от консорциума инвесторов, включая DAG Ventures и Temasek Holdings. Однако к 2016 году компания столкнулась с финансовыми трудностями из-за падения цен на традиционные кремниевые солнечные панели и неспособности масштабировать производство до экономически целесообразного уровня.

Закрытие

В 2017 году Solexel прекратила операционную деятельность и была ликвидирована. Основные активы и интеллектуальная собственность компании были проданы. Технология Solexel не получила широкого коммерческого распространения, однако её разработки оказали влияние на дальнейшие исследования в области тонкоплёночной фотоэлектрики.

Технология

Принцип работы

Технология Solexel основывалась на создании тонких (толщиной 20–30 мкм) слоёв монокристаллического кремния методом эпитаксиального осаждения на пористую кремниевую подложку. После формирования слоя подложка удалялась химическим травлением, оставляя свободно стоящий тонкий кремниевый элемент. Такая архитектура позволяла:

• Снизить расход кремния в 10–20 раз по сравнению с традиционными пластинами толщиной 180–200 мкм.
• Использовать текстурированную поверхность с обеих сторон для улучшения светоулавливания.
• Применять заднюю контактную сетку (interdigitated back contact, IBC) для минимизации затенения передней поверхности.

Эффективность

По заявлениям компании, лабораторные образцы Solexel достигали КПД до 21,2 % для элементов площадью 1 см² и до 19,5 % для полноразмерных модулей. В 2014 году компания заявила о КПД 22,1 % для ячейки площадью 125×125 мм. Эти показатели были сопоставимы с лучшими коммерческими солнечными элементами на основе монокристаллического кремния того времени.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Значительная экономия кремния (до 90 %).
• Потенциально низкая себестоимость производства.
• Высокая эффективность для тонкоплёночной технологии.

Недостатки:

• Сложность масштабирования процесса эпитаксиального роста.
• Высокая стоимость оборудования и расходных материалов.
• Чувствительность к дефектам и загрязнениям в процессе производства.
• Ограниченный срок службы модулей из-за тонкой структуры.

Продукция

Солнечные элементы

Основной продукцией Solexel были тонкоплёночные кремниевые солнечные элементы с задними контактами. Компания предлагала элементы различных размеров, от лабораторных образцов до коммерческих модулей мощностью 200–250 Вт.

Солнечные модули

Solexel разрабатывала и производила солнечные модули на основе своих элементов. Модули отличались лёгкостью (до 50 % легче традиционных) и гибкостью, что позволяло устанавливать их на крышах с ограниченной несущей способностью. Однако коммерческие поставки модулей были ограничены из-за прекращения деятельности компании.

Применение

Технология Solexel была ориентирована на:

• Кровельные солнечные установки — лёгкие модули могли монтироваться на жилых и коммерческих зданиях.
• Автономные энергосистемы — для удалённых районов и объектов инфраструктуры.
• Интеграция в строительные конструкции — гибкость и малый вес позволяли встраивать модули в фасады и кровли.

Однако из-за преждевременного закрытия компании реальное применение продукции Solexel было крайне ограниченным. Большинство установок носило пилотный или демонстрационный характер.

Влияние и наследие

Несмотря на коммерческую неудачу, технология Solexel внесла вклад в развитие тонкоплёночной фотоэлектрики. Исследования компании по эпитаксиальному росту и удалению подложки продолжились в других научных группах и стартапах. В частности, принципы, разработанные Solexel, используются в технологиях «кремниевых нанонитей» и «перовскитно-кремниевых тандемных элементов». Патенты Solexel (более 50 зарегистрированных патентов) были приобретены рядом компаний, включая китайских производителей солнечных элементов.

Критика

Основная критика в адрес Solexel касалась неспособности компании перейти от лабораторных прототипов к массовому производству. Эксперты отмечали, что технология, хотя и была перспективной, требовала значительных капиталовложений и времени для отладки производственных процессов. Падение цен на традиционные кремниевые панели в 2012–2016 годах сделало продукцию Solexel неконкурентоспособной по стоимости. Кроме того, некоторые специалисты сомневались в долговременной надёжности тонких элементов Solexel, указывая на возможные проблемы с механической прочностью и деградацией.

Источники

• «Solexel: A Thin Silicon Solar Cell Company» — отчет Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL), 2013.
• «Solexel Achieves 21.2% Efficiency for Thin Silicon Solar Cell» — пресс-релиз компании, 2011.
• «The Rise and Fall of Solexel» — статья в журнале Photovoltaics International, 2018.
• Патенты США: US 8,796,747 B2, US 9,054,123 B2, US 9,209,367 B2.
• «Thin Silicon Solar Cells: A Review» — обзор в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2019.