Компания Sinotech, производитель углеродного волокна, зарегистрированный в Шэньчжэне, добилась значительного прорыва, достигнув качества T1100 для углеродного волокна как при методе мокрого, так и при методе сухого струйного мокрого прядения. Кроме того, компания построила производственную мощность в 5000 тонн для аэрокосмического сектора, стремясь бросить вызов доминированию Toray на рынке высококачественного углеродного волокна.
Несмотря на то, что Китай производит половину мирового объема в 220 000 тонн, страна остается зависимой от импорта в сегменте высококачественных аэрокосмических материалов. Аэрокосмическая промышленность потребляет 13,4% общего тоннажа углеродного волокна, однако генерирует при этом 44,1% выручки. Компания Sinotech была основана в 2008 году учеными из CAS именно для того, чтобы преодолеть эту зависимость и захватить ценность, связанную с аэрокосмическим сектором.
Основная технологическая сложность заключалась в различиях между мокрым и сухим струйным мокрым прядением. Волокна, полученные методом мокрого прядения, естественным образом формируют поверхностные канавки, схожие с арматурой в железобетонных конструкциях. Эти канавки способствуют более прочному связыванию с матрицей смолы, что существенно повышает устойчивость композитов к повреждениям при ударе и прочность после удара в сжатом состоянии. В то время как метод сухого струйного мокрого прядения обеспечивает более высокую эффективность производства и гладкость поверхности, Sinotech является одной из немногих мировых компаний, которая одновременно достигла прорыва T1100-класса на обеих этих технических платформах, что было подтверждено экспертной оценкой как международно ведущий результат.
Ключевой проблемой для отечественного высококачественного углеродного волокна остается обеспечение стабильности качества. Хотя Китай в значительной степени достиг паритета по объему производства углеродного волокна, сохраняется разрыв в стабильности и согласованности по сравнению с Toray. Высококачественная продукция требует минимальных колебаний качества при высокой статистической достоверности механических характеристик, тогда как гражданские продукты могут допускать больший разброс. Этот разрыв в стабильности ограничивает использование отечественного углеродного волокна в основных конструкционных элементах авиации. Sinotech активно инвестирует в системы автоматизации процессов, мониторинга качества в режиме реального времени и статистический контроль процессов для уменьшения этого разрыва. Прогнозируется, что по мере улучшения показателей выхода продукции замедление импортозамещения в аэрокосмической сфере ускорится, при этом Sinotech занимает выгодное положение на пересечении роста спроса и внутреннего замещения.
Команда исследователей из Университета Сучжоу совместно с политехническим университетом Гонконга создала композитный слой, не содержащий индия. Этот материал использует молекулярный мостик между перовскитом и кремнием для повышения эффективности и долгосрочной стабильности тандемных солнечных элементов.
Исследователи из Университета Сучжоу, возглавляемые профессорами Ян Синьбо и Чжан Сяохун, в сотрудничестве с Политехническим университетом Гонконга и различными партнерами из фотоэлектрической отрасли, разработали такой композитный слой. Он формирует молекулярный мостик между слоями перовскита и кристаллического кремния в тандемных солнечных элементах. Данное достижение решает две серьезные проблемы, стоящие перед тандемными фотоэлементами на основе перовскита и кремния: потери заряда на границе раздела двух материалов и снижение долгосрочной стабильности, которое препятствовало коммерческому внедрению таких архитектур.
Молекулярный мостик функционирует на атомном уровне. Команда из Сучжоу разработала самособирающийся монослой, который химически связывается как с поверхностью перовскита, так и с поверхностью кремния. Это создает непрерывный электронный путь для эффективной транспортировки заряда, одновременно пассивируя дефекты и подавляя безызлучательную рекомбинацию.
Отказ от использования индия имеет особое значение. Оксид индия-олова традиционно использовался в качестве прозрачного проводящего слоя в дисплеях и фотоэлектрических устройствах. Однако индий классифицируется как критически важный материал, подверженный рискам концентрации в цепочке поставок и растущим затратам, вызванным спросом со стороны индустрии дисплеев. Новый композитный слой полностью исключает индий, заменяя его более доступными и менее дорогими материалами, которые обеспечивают сравнимую или лучшую оптическую прозрачность и электрическую проводимость. Эта замена устраняет как ценовой барьер для коммерциализации тандемных солнечных элементов, так и риск срыва поставок материала, который беспокоил фотоэлектрическую промышленность.
Данное исследование знаменует собой прогресс на пути к индустриализации технологий следующего поколения в области фотоэлектрики. Теоретически, тандемные ячейки перовскит-кремний могут демонстрировать эффективность, превышающую предел Шокли-Квайссера для однопереходных кремниевых ячеек, который составляет около 29%. Лабораторные тандемные ячейки уже превысили 33% КПД, однако перевод этих результатов в коммерчески жизнеспособные продукты требует решения проблем стабильности интерфейса и масштабируемости производства, на которые направлен подход с использованием молекулярного мостика. Работа команды из Сучжоу предполагает, что молекулярная инженерия на границе перовскит-кремний способна одновременно повысить эффективность и срок службы в эксплуатации, устраняя два наиболее критических препятствия на пути к коммерциализации. Модель сотрудничества между университетом и промышленностью ускоряет переход от лабораторных разработок к производству. При успешном масштабировании техника молекулярного мостика может укрепить лидерство Китая в сфере солнечной энергетики, одновременно снижая зависимость от индия.
