​На солнечной стороне

Сегодня Токмолдин-младший в Физико-техническом институте Казахского национального исследовательского технического университета (КазНИТУ) им. К. Сатпаева возглавляет лабораторию фотоэлектрических явлений и приборов, оснащенную самым современным оборудованием.

Задача крупнейшего проекта, презентованного на Международной выставке «ЭКСПО-2017», не только создать солнечные батареи, мощнее ныне представленных на рынке, но и объединить в одну технологическую цепочку весь процесс – от заготовки сырья до выпуска самих модулей.

Подобная технологическая линия является уникальной на территории СНГ, аналогичные технологии в настоящее время создаются в России и ряде самых развитых стран мира. Если говорить об отечественной инновации, она связана с двумя технологиями – получением металлургического кремния и специальных интерметалличес­ких сплавов.

По завершении ЕXPО 2017 в целях дальнейшего осуществления проекта при Физико-техническом институте был соз­дан опытно-технологический участок, где в промышленных масштабах приступили к изготовлению так называемых «гетеропереходных» солнечных элементов.

К слову, эта технология в на­стоя­щий момент демонстрирует рекордную в мире эффективность среди кремниевых батарей. Сегодня коэффициент полезного действия (КПД) традиционного фотоэлемента, используемого в солнечной энергетике, составляет в среднем 15–18%, а линия, созданная в лаборатории ФТИ, позволит выпускать фотоэлементы с повышенным КПД – более 21%. Кроме того, при работе эти элементы менее подвержены воздействию высоких температур.

– Казахстанские ученые ориентируются на самые передовые технологии, каковой в настоящий момент является технология гетероперехода. Объединение в ней кремния и аморфного кремния – этих двух различных по природе материалов – позволило получить высокую эффективность солнечных элементов, – говорит Нурлан Токмолдин.

Благодаря проекту создана основа для вертикальной интеграции целевых отечественных технологий с продуктами лучшей мировой практики в области солнечной энергетики.

Следующий этап заключается в отладке установленного оборудования и выведении его на производственную мощность. Руководитель проекта считает, что полупромышленный масштаб лаборатории позволяет отработать все процессы и оценить экономическую привлекательность технологии для ее дальнейшего масштабирования. Кроме того, лаборатория служит полигоном для подготовки квалифицированного персонала и обучения студентов, проведения научно-исследовательских работ, а также опытно-конструкторских разработок.

По словам Нурлана Токмолдина, весь процесс производства разделен на несколько стадий. Ключевой технологический этап на основе казахстанских разработок – получение и очистка кремния из песка, богатого кварцем. Песок, известь и фторид кальция смешивают, плавят в печи и получают кремний повышенной чистоты. Приблизительно таким же образом получают интерметаллические сплавы для синтеза газообразного силана – ценнейшего сырья для полупроводниковой микроэлектроники и солнечной фотоэнергетики.

Изготовление солнечных элементов, из которых состоят солнечные батареи, вырабатывающие электричество, производят в отдельной лаборатории на специальном оборудовании. При полной нагрузке этой линии можно выпускать от 100 кВт до 1 МВт солнечных элементов в год. Солнечные элементы высокой эффективности – серьезная заявка Физико-технического института, который при реализации проекта смог наладить плодотворное сотрудничество с учеными из России, Европы и Саудовской Аравии.

Создание опытно-технологического участка по изготовлению высокоэффективных солнечных элементов было профинансировано в рамках научно-технической программы «Разработка чистых источников энергии РК на 2013–2017 годы» МОН РК при поддержке Национального агентства по технологическому развитию РК, а также Британского совета. Проект имеет сугубо практическую направленность. Кроме того, в настоящий момент группа ученых под руководством Серекбола Токмолдина проводит работы по дальнейшей коммерциализации технологии.

– Имея опыт научно-исследовательской работы в рамках своей докторской диссертации в Великобритании, я имел возможность сравнить отечественные и зарубежные разработки. С полной ответственностью могу сказать, что уровень казахстанских работ намного выше.

Вертикально-интегрированное производство – это не одна технология, а несколько, объединенных в одну цепочку для уменьшения себестоимости, – отметил руководитель лаборатории.

Нурлан и его коллеги едины во мнении, что только солнечная энергия как основа возобновляе­мой энергетики способна вытес­нить традиционные технологии получения электричества. Не важно, сколько будет стоить эта технология в данный момент. К примеру, в Исландии, которая сегодня является лидером по производству геотермальной энергии, первые альтернативные электростанции также были довольно дорогими. Но там поставили перед собой цель отказаться от нефтяной зависимости и развивали эти технологии. Сегодня электроэнергия, получаемая этим способом, является самой дешевой в Европе. То есть эффект масштаба и совершенствование технологий позволили снизить себестоимость. Поэтому любой стране, имеющей амбиции конкурировать в этом направлении, необходимо развивать что-то уникальное и высокотехнологическое.

– Мы пытаемся претворять в жизнь свой уникальный концепт развития солнечной энергетики, ориентируясь на вертикальную интеграцию наиболее перспективных технологий, для того чтобы в будущем иметь возможность на каждом технологическом этапе работать над уменьшением себестоимости, – подчеркнул Нурлан Токмолдин.