Немецкие специалисты разработали самовосстанавливающееся покрытие, устраняющее микротрещины в солнечном стекле. Благодаря ему прочность возрастает семикратно, а вес всей конструкции снижается на 40 %. Материал формирует молекулярные связи в мельчайших поверхностных повреждениях.
Ирина Медведева
Опыт Фраунгофера в масштабировании синтеза и применения материалов. Источник фото: EXXOSQEL
Технология создана компанией EXXERGY из Грефельфинга, работающей в сфере солнечной энергетики, и ее дочерним предприятием EXXOSQEL. Для реализации проекта они объединили силы с Институтом силикатных исследований Фраунгофера в Вюрцбурге.
Помимо прочего, инновация позволяет облегчить солнечные панели на 30 %. Как отмечают исследователи, лабораторные испытания уже дали обнадеживающие результаты. Обработка увеличила прочность образцов стекла толщиной 2 мм почти вчетверо. При этом образцы толщиной 1 мм стали крепче в 7 раз по сравнению с необработанным незакаленным стеклом.
Сейчас ведется работа по адаптации покрытия для полноразмерных солнечных панелей. «Переход от лабораторного образца к крупному солнечному модулю требует серьезного опыта в масштабировании синтеза материалов, технологий нанесения и производства модулей», — пояснил Томас Зауэр, управляющий директор EXXOSQEL.
Устранение мелких трещин на солнечном стекле
Стекло — ключевой элемент солнечных панелей: оно защищает фотоэлементы и другие электрические компоненты от погодных воздействий и пропускает солнечный свет. На стекло приходится до 80 % общей массы панели.
Типичные солнечные панели весят от от 11 до 13 килограммов на квадратный метр. Более тяжелые конструкции могут достигать 16 килограммов на квадратный метр. Применение более тонкого стекла снижает вес панели, но повышает риск ее повреждения.
Производители, как правило, упрочняют стекло термической обработкой, которая затрудняет распространение трещин. Однако обычная термообработка становится проблематичной, когда толщина стекла уменьшается до 2 миллиметров и менее.
Разработка EXXOSQEL начинается с фундаментального ограничения, с которым сталкивается вся отрасль тонкоплёночной фотовольтаики: чем тоньше стекло, тем ниже масса модуля, но тем выше плотность дефектов, возникающих при резке, транспортировке и монтаже.
Микротрещины в кромке и на поверхности листа практически невозможно обнаружить визуально, однако именно они становятся очагами разрушения под действием ветровых и снеговых нагрузок.
Термическое упрочнение, или закалка, десятилетиями оставалось основным способом борьбы с этим явлением, но при толщине менее двух миллиметров технология теряет эффективность: процесс нагрева и быстрого охлаждения сложнее контролировать, возрастает риск коробления, а сами остаточные напряжения распределяются неравномерно.
Новое покрытие предлагает принципиально иной подход — не предотвращать появление трещин, а нейтрализовать их последствия на молекулярном уровне.
Новое покрытие немецкой команды решает эту задачу за счет создания химических связей внутри трещин. По словам представителей EXXOSQEL, их материал образует трехмерную (3D) композитную структуру, формирующую ковалентные связи на молекулярном уровне.
Химия ковалентных связей
«В частности, мы создаем трехмерно сшитый композит из нескольких компонентов, матрица которого после нанесения покрытия образует ковалентные связи в микротрещинах на молекулярном уровне», — добавил Зауэр.
Эти связи увеличивают энергию, необходимую для разрушения стекла, что делает более тонкие листы существенно прочнее. По оценкам EXXOSQEL, снижение массы стекла на 40 % может уменьшить общий вес некоторых солнечных панелей на 30 %.
Таким образом, химия ковалентных связей является ключевым элементом технологии. После нанесения жидкий состав проникает в микротрещины за счёт капиллярных сил и полимеризуется, образуя трёхмерную сшитую сетку, химически связанную с поверхностью силикатного стекла.
В отличие от механического заполнения, при котором трещина остаётся границей раздела фаз, здесь формируется непрерывная структура, передающая напряжение через зону повреждения. Это увеличивает работу разрушения — энергию, которую необходимо затратить для роста трещины, — и тем самым повышает стойкость стекла к ударным и изгибным нагрузкам.
Лабораторные данные указывают на нелинейный эффект масштаба: образцы толщиной один миллиметр показали семикратное увеличение прочности, тогда как для двухмиллиметровых листов прирост оказался почти четырехкратным. Такой результат объясним, поскольку в тонком стекле доля поверхностных дефектов в общем балансе разрушения выше, и вклад покрытия оказывается относительно более значимым.
От лаборатории до рынка
Теперь команда намерена сделать покрытие пригодным для массового производства. Институт Фраунгофера ISC помогает выпускать покрытие партиями до 100 литров. Институт также занимается автоматизацией процесса нанесения, чтобы производители могли встроить его в существующие производственные линии.
Параллельно EXXERGY сотрудничает с Центром кремниевой фотовольтаики Фраунгофера CSP, чтобы испытать покрытие на крупных стеклянных листах и солнечных модулях. По данным EXXOSQEL, разработка приближается к шестому уровню технологической готовности (TRL 6), то есть модель или прототип уже проверены в соответствующих условиях.
Зауэр объяснил, почему это достижение важно. «Это значит, что мы уже успешно изготовили первые прототипы стандартных размеров в условиях, близких к реальным, и сейчас проводим стресс-тесты», — сказал он в пресс-релизе.
Переход от лабораторных образцов к серийному продукту остаётся наиболее сложным этапом. Институт силикатных исследований Фраунгофера ISC отвечает за масштабирование синтеза состава до партий объёмом 100 литров и за автоматизацию нанесения, которая должна быть совместима с существующими линиями ламинации и мойки стекла.
Параллельно Центр кремниевой фотовольтаики Фраунгофера CSP проводит испытания на полноразмерных листах и готовых модулях, включая климатические и механические стресс-тесты, имитирующие реальные условия эксплуатации.
Достигнутый шестой уровень технологической готовности означает, что прототипы стандартных размеров уже изготовлены и проверены в условиях, близких к промышленным; следующая задача — седьмой уровень, то есть демонстрация технологии в реальной эксплуатации.
Пока преждевременно говорить о сроках коммерциализации, однако представители компании подчёркивают, что архитектура покрытия разрабатывалась с прицелом на интеграцию в действующие производственные процессы, а не на создание новых производственных цепочек.
Следующая цель — достичь седьмого уровня технологической готовности. Эта категория предполагает демонстрацию технологии в реальных условиях эксплуатации. В случае успеха покрытие позволит сократить количество сырья и энергии, необходимых для производства солнечных панелей.
EXXOSQEL представит свою технологию на выставке Glasstec 2026 в Дюссельдорфе. Это крупнейшая в мире международная выставка стекольной промышленности. Она пройдет с 20 по 23 октября.
Экономика и перспективы
Экономический смысл инновации выходит за рамки простого снижения веса. Стекло составляет до 80% массы типового фотоэлектрического модуля, поэтому сокращение его толщины примерно на сорок процентов напрямую уменьшает материалоёмкость изделия.
Одновременно снижаются требования к несущим конструкциям, крепёжным системам и монтажной логистике — особенно критично это для кровельных установок и плавучих солнечных станций, где нагрузка на основание и транспортировка играют определяющую роль. Сокращение расхода стекла и энергии на его производство соответствует целям устойчивого развития, декларируемым европейскими производителями.
В условиях растущей конкуренции с азиатскими поставщиками, работающими в ценовом сегменте стандартных модулей, немецкая разработка позиционируется как дифференцирующая технология для премиальных и специализированных применений — от фасадных решений до портативных и транспортных фотоэлектрических систем.
Презентация на выставке Glasstec 2026 в Дюссельдорфе, которая пройдёт с 20 по 23 октября, станет первой публичной демонстрацией технологии для широкой отраслевой аудитории. Для стекольной промышленности это событие важно вдвойне: покрытие потенциально открывает новый сегмент функциональных составов для архитектурного и технического стекла, а не только для фотовольтаики.
Если результаты стресс-тестов подтвердятся на масштабе серийных модулей, технология может изменить баланс между прочностью и массой, который десятилетиями считался неизменным компромиссом в проектировании солнечных панелей.
Дальнейшее развитие будет зависеть от способности команды обеспечить стабильность состава при длительной эксплуатации, стойкость к ультрафиолету и влаге, а также от готовности производителей перестраивать технологические линии под новый материал.
Кстати, ранее мы сообщали, что перспективной альтернативой считаются недорогие тонкопленочные полупроводниковые материалы толщиной около 100 нанометров. Их ключевое преимущество — возможность нанесения из жидких растворов на обширные поверхности с использованием адаптированных технологий полиграфии и обработки полимеров.
