Докато силициевите фотоволтаични панели са точно това, което си представяме, когато чуем за слънчеви панели, технологията CIGS (мед-индий-галий-селенид) тихо доказва, че бъдещето на слънчевата енергия не е само в масовите соларни паркове.
Леки, гъвкави и с потенциал за значителна ефективност, тези тънкослойни клетки намират приложение там, където силицият не може да стъпи – от фасади на сгради до космически мисии. Но пътят им е осеян с технологични трудности.
Това, което трябва да разберем, е, че CIGS панелите не са пряко конкурент на силициевите. Те просто имат съвсем различно място. Гъвкави са, леки и предлагат и добра работа при слаба светлина. А в последните месеци постигнаха значими пробиви в ефективността чрез тандемни структури.
Тези новости правят CIGS интересна алтернатива на кристалния силиций за специфични приложения, особено там, където гъвкавостта, теглото и екологичният отпечатък имат значение.
Как работи тънкият слой с дебелината на косъм
CIGS технологията принадлежи към семейството на тънкослойните фотоволтаици. За разлика от класическите силициеви пластини, които се нарязват като филийки от монолитен кристал, CIGS се „отглежда“ чрез нанасяне на тънки слоеве върху евтина подложка – стъкло, метално фолио или дори гъвкава пластмаса.
Структурата наподобява технологичен сандвич. Върху основата се полага молибденов слой, който играе ролята на заден контакт. Следва самото сърце – CIGS слоят, който поглъща светлината. Той е полупроводник от p-тип, чиято ширина на забранената зона може да се настройва от 1,0 до 1,65 eV чрез промяна на съотношението галий към индий. Това позволява да се улавят почти 100% от фотоните във видимия спектър.
Отгоре се нанася тънък слой от кадмиев сулфид, който изгражда p-n прехода, а върху него – прозрачен електрод от цинков оксид, легиран с алуминий. Завършва с предпазно фолио, което го капсулира. Цялата структура е по-тънка от човешки косъм.
Гъвкавост срещу ценови предимства
Предимствата на CIGS изглеждат впечатляващи. Панелите са леки и могат да се огъват. А това създава възможности за приложения, немислими за тежките и чупливи силициеви модули.
CIGS използват под 1% от полупроводниковия материал в сравнение с кристалния силиций. Ефективността им в лабораторни условия надминава 23%, а изчисленията показват потенциал до 25%.
При това положение е естествено човек да се запита: тогава защо CIGS така и не успява да пробие сериозно на масовия пазар?
„Високоефективните лабораторни процеси за CIGS досега не успяха да бъдат пренесени икономически ефективно в индустриалното производство с висока производителност“, обяснява специалистката Миряна Димитриевска от EMPA.
Докато силицият напредва благодарение на десетилетия оптимизация и гигантски фабрики, CIGS изисква прецизен контрол върху четири елемента едновременно, безупречен вакуум и сложна апаратура. Това оскъпява производството.
Друго предизвикателство е кадмият. Традиционният буферен слой от кадмиев сулфид (CdS) работи отлично, но е токсичен. Търсенето на безкадмиеви алтернативи като цинков оксисулфид (Zn(O,S)) се оказва трудно – те са по-чувствителни към технологичните процеси и всяка нестабилност веднага се отразява на крайната цена и надеждност.
И докато силициевите модули са сравнително толерантни към производствени отклонения, при CIGS дори малки неравномерности в състава водят до дефекти и загуба на мощност. Това обяснява защо световният рекорд за CIGS модул е около 20% – доста под постигнатото в лаборатория.
Плюсове и минуси
Сравнението със силициевите панели говори какви предимства и недостатъци имат CIGS:
+ Предимство: материална ефективност — CIGS използва много по-малко активен материал в сравнение с кристален силиций; това намалява емисиите при производство и потенциално цената при масово производство.
+ Предимство: работа при дифузна светлина — тънкослойните клетки запазват по-добра производителност при облачно време и при по-ниски ъгли на инцидентна светлина.
+ Предимство: гъвкавост и тегло — възможност за ултра-тънки стъклени или пластмасови подложки прави CIGS подходящи за приложения, където тежките силициеви панели са неприложими.
+ Предимство: термоустойчивост — те работят добре в горещо време. Iмат по-добър температурен коефициент, което означава, че губят по-малко ефективност с повишаване на температурите. Докато всички слънчеви панели губят известна ефективност при екстремни горещини, CIGS панелите могат да произвеждат до 1,8% повече енергия от силициевите панели в горещи, слънчеви условия.
– Недостатък: ефективност при модулно ниво — традиционно CIGS има по-ниска сертифицирана ефективност на модул в сравнение с водещите монокристални силициеви панели; това влияе на площната производителност.
– Недостатък: мащабируемост и разходи — въпреки по-малкия материален разход, индустриалното мащабиране и стабилността на производствените процеси за CIGS остават предизвикателство спрямо утвърдените силициеви вериги.
– Недостатък: суровинни рискове — елементи като индий и галий са по-редки и ценово нестабилни, което може да ограничи конкурентоспособността при бърз растеж на търсенето.
Новости от последните месеци
Точно в посока преодоляване на някои от технологичните слабости тръгват най-новите научно-технически разработки.
Изследователи от Университета в Глазгоу публикуваха в началото на 2026 г. резултати, които показват как нетоксичният Cu2O (меден оксид) като заден контакт, комбиниран с буфер от Zn(O,S), може да повиши ефективността на клетката от 22,11% до впечатляващите 25,35% според симулации. По-важното – елиминира се кадмият, а токът нараства значително.
Европейски изследователски екипи също имат постижения. Проектът Hi-BITS, финансиран по програма „Horizon”, разработва двулицеви CIGS клетки, които улавят светлина и от двете страни. Целта е ефективност над 25%, по-тънки абсорбери и приложения в сгради, превозни средства и агроволтаици.
Друга любопитна разработка идва от Nature Scientific Reports – използване на алуминиево-арсенидни наночастици върху повърхността на клетката. Кубичните наночастици увеличават абсорбцията на светлина с над 30% и вдигат ефективността на базов дизайн от 12.56% на 17.6%.
Американската компания Ascent Solar пък развива CIGS технологии за космоса. С подкрепата на NASA те оптимизират панелите си да приемат както слънчева светлина, така и насочени лъчи от космически енергийни системи. Целта – захранване на орбитални центрове за данни и фабрики.
Перспективи
Тъкмо в тези ниши CIGS реализират своята най-голяма сила. Масовите соларни централи ще продължат да разчитат на евтиния силиций. Но там, където теглото има значение, кърдо повърхността не е равна или естетиката е ключова, CIGS има значителна преднина.
Става дума за соларни елементи, интегрирани във фасади – например, извити повърхности; за покриви, които не могат да понесат тежестта на конвенционални панели; за каравани и кемпери, за камиони и дори за леки автомобили, а също и за нови видове превозни средства като например дронове-таксита.
CIGS няма да замени силиция – и дори изобщо не се конкурира с него. Но докато силициевите панели покриват огромни относително равни пространства – индустриални покриви и равнинни земи – CIGS тихо завладява сградите, автомобилите и… космоса. И точно това го прави технология, за която си струва да се говори.
Ключови изводи
• Слънчевите панели CIGS се състоят от тънък, огъващ се слой, изработен от мед, индий, галий и селен. Това ги прави леки и лесни за огъване и прилягане върху много повърхности.
• Тези панели работят добре при горещо и променливо време. В много случаи те поддържат стабилно захранване по-добре от силициевите панели.
• CIGS панелите могат да се поставят на извити покриви, автомобили и преносими устройства. Те могат да се използват на места, където твърдите силициеви панели не могат да се поберат.
• В момента CIGS панелите струват повече и не са толкова често срещани, колкото силициевите панели. Но CIGS технологията се усъвършенства бързо и става все по-популярна.
• В бъдеще по-добрите материали, интелигентните начини за производството им и гъвкавите дизайни ще помогнат на CIGS панелите да работят по-добре, да струват по-малко и да се използват по-често.
