美学与效能兼具的外立面：弗劳恩霍夫FEP推动建筑光伏一体化技术突破

为了更好地满足建筑的外观及美学要求，需要对建筑用光伏组件的外观进行修饰甚至定制化设计。德国弗劳恩霍夫电子束与等离子体技术研究所（Fraunhofer FEP）开发出采用纳米压印技术的装饰薄膜，该薄膜可以附着在光伏组件外表面，还可以根据需求进行外观设计，从而改变光伏组件千人一面的现状。

图：可自由组合的装饰薄膜外墙组件——左侧为具备光伏发电功能的模块，右侧则是无光伏功能的金属薄板外墙构件。来源：Fraunhofer FEP

通过卷对卷纳米压印光刻等技术，太阳能组件可无缝集成到建筑外立面中而不影响设计美感。初步测试表明，这些组件在视觉上与常规外墙组件别无二致，同时具备卓越的能源转换效率。

光伏技术是实现2045年气候中和目标的核心支柱。建筑一体化光伏（BIPV）能够将未被充分利用的建筑表面转化为能源生产空间。然而要提升BIPV的接受度和普及度，光伏组件必须在成本效益、耐久性和视觉融合度方面满足更高要求。

由德国联邦经济和能源部资助的Design-PV项目正致力于解决这些挑战。弗劳恩霍夫FEP与五个合作伙伴共同开发用于外墙的装饰薄膜，采用卷对卷纳米压印光刻技术（NIL）进行精细加工。该项目旨在通过将装饰薄膜应用于金属外墙元件和光伏组件，实现统一的建筑外观设计。在项目中期阶段，合作企业Surteco GmbH提供的多种设计方案已由哈梅林太阳能研究所（ISFH）分别应用于有光活性和无光活性的外墙元件并进行测试。

"ISFH的测试结果表明，经过装饰处理的光伏组件在视觉上与常规外墙元素无法区分，且根据表面处理工艺的不同，其性能最高可达未处理对照组件的80%，"弗劳恩霍夫FEP项目经理Steffen Günther博士表示。这一突破具有重要意义，因为美观性一直是影响BIPV解决方案接受度的主要障碍。

项目面临的核心技术挑战在于装饰薄膜在光伏组件前玻璃和金属外墙层上的附着强度。此外，装饰涂层必须与ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）薄膜基材实现可靠结合——这种材料虽已凭借卓越的耐候性在建筑领域广泛应用，但其表面附着力较低，需要在进行涂层前进行特殊处理。为此，弗劳恩霍夫FEP开发了等离子体处理工艺，可在纳米级尺度对ETFE薄膜的界面层进行粗糙化处理，从而显著提升装饰层的附着力。

项目的后续工作将包括测试更多设计与色彩方案，以及对已开发解决方案的长期稳定性和耐候性进行综合评估。弗劳恩霍夫FEP及其合作伙伴确信，这些技术突破将有力推动BIPV解决方案在建筑领域的广泛应用。

【纳米压印光刻技术】

纳米压印光刻（NIL）技术通过卷对卷工艺，可在聚合物薄膜上制造特征尺寸从数百纳米到微米级乃至毫米级的表面拓扑结构，实现薄膜材料的大规模连续生产。该技术采用结构化主压辊将图案压印到液态涂层中并同步固化，通过电子束交联漆料实现结构的快速高效固化，并能灵活集成各种颜料或颗粒。目前该工艺可在宽度达1250毫米的卷材上以每分钟数十米的速度进行生产，充分保证了产业化应用的高效性。

采用电子束交联的纳米压印图形转移技术示意图，资料/图：Fraunhofer FEP

通过定制化纳米压印模具，可以实现不同的外观设计方案，并与光伏组件的生产环节解耦，这有利于建筑光伏项目采用量产主流光伏组件的同时还能满足建筑外观的个性化设计。

Fraunhofer FEP的项目团队已建成采用上述纳米压印工艺的中试生产线，实现了幅宽1200mm装饰膜的卷对卷生产。

注：薄膜基材为乙烯-四氟乙烯（ETFE），这种材料的表面能很低，与其它材料的附着力差。项目团队采用了等离子体处理的方法来提升基材表面的附着力。粘附了薄膜的光伏组件的外观和转换效率在哈梅林太阳能研究所（ISFH）进行了测试。

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