Nordisk Energi 1
Solenergi Billigare och bättre solceller med nya
material Priserna på konventionella kiselsolceller, som idag dominerar solcellsmarknaden och är en av solelens hörnstenar, sjunker hela tiden och den jämförelsevis låga verknings-graden hos kommersiella tunnfi lmssolceller, som CIGSsolceller, CdTe-solceller och solceller baserade på amorft kisel, fortsätter att stiga. Samtidigt arbetar forskare världen över med att utveckla ny teknik för solceller baserad på nya solcellsmaterial för att bland annat skapa ännu billigare solceller med ännu högre verkningsgrad. Text: Alarik Haglund E n av de mest lovande kategorierna av nya solcellsmaterial är de så kallade perovskitmaterialen, som utmärks av att de har samma kristallstruktur som mineralet perovskit och är mycket bra på att absorbera solljus. Framförallt fokuserar forskningen på perovskiter som innehåller både organiska och inorganiska föreningar. De perovskitsolceller som tagits fram omvandlar en stor andel av energin i det solljus som träff ar dem till elektricitet, samtidigt som de är billiga att tillverka. De skulle därför, om de kan ta steget från laboratoriet till kommersiell användning, kunna revolutionera solcellsmarknaden. Snabba framsteg Konventionella kiselsolceller har vanligtvis en verkningsgrad på omkring 20 procent och omvandlar med andra ord ungefär 20 procent av energin hos det solljusets som träff ar dem till elektricitet. Solcellsforskarnas arbete med perovskitmaterial har emellertid resulterat i att perovskitsolcellernas verkningsgrad på bara omkring tio år ökat från 3,8 procent, då de första perovskitsolcellerna såg dagens ljus 2009, till över 23 procent. Den högsta rapporterade verkningsgraden för en perovskitsolcell ligger i skrivande stund på 23,7 procent, men denna siff ra kommer med största sannolikhet att fortsätta att stiga i snabb takt. Dessutom är de perovskitmaterial som forskarna använder sig av både billiga och lätta att applicera på i stort sett vilken yta som helst för 48 att skapa en solcell, vilket gör tillverkningskostnaderna för perovskitsolceller mycket låga och dessutom betyder att de till skillnad från konventionella kiselsolceller kan göras böjbara. Utmaningar för kommersialisering Trots perovskitsolcellernas låga tillverkningskostnader och snabba framsteg när det gäller verkningsgrad återstår emellertid fl era utmaningar innan de kan kommersialiseras. En av de utmaningar som forskarna står inför är att förbättra den långsiktiga stabiliteten hos perovskitsolcellerna, som på grund av att de är känsliga för bland annat fukt, syre, ljus och elektriska fält har relativt kort livslängd. – Det fi nns ett par utmaningar kvar. Vi måste se till att de kommer att hålla i 30 år, men de framsteg vi gör inom dessa områden är precis lika snabba som de framsteg vi gjorde med verkningsgraden under de fem första åren, säger David Moore vid det amerikanska energidepartementets National Renewable Energy Laboratory. De fl esta perovskitmaterial som används i solceller innehåller dessutom bly, vilket också innebär en utmaning för kommersialiseringen av perovskitsolceller. För att minska eller helt undvika eventuell miljöpåverkan utvärderar forskarna därför olika perovskitmaterial där bly ersatts med till exempel silver, vismut, antimon, titan, germanium eller tenn. Blyfria material Än så länge lider blyfria perovskitsolceller Ett speciellt perovskitbläck som utvecklats vid National Renewable Energy Laboratory i USA gör det möjligt att måla en perovskitsolcell på exempelvis en glasskiva. FOTO: DENNIS SCHROEDER, NREL Oxford PV tillverkar perovskit- och kiselbaserade tandemsolceller i kommersiell storlek på 156 x 156 millimeter vid företagets industriella pilotanläggning i Tyskland. FOTO: OXFORD PV fortfarande av problem med mycket lägre verkningsgrad och sämre stabilitet än blybaserade perovskitsolceller, men även när det gäller denna utveckling går det snabbt framåt. I januari 2019 demonstrerade till exempel forskare från Okinawa Institute of Science and Technology i Japan tillsammans med forskare från Brown University, University of Nebraska och Worcester Polytechnic Institute i USA att det går att använda det blyfria perovskitmaterialet cesiumtenngermaniumtrijodid, som bara innehåller inorganiska föreningar, som det ljusabsorberande materialet i perovskitsolceller. Forskarnas försök resulterade i blyfria perovskitsolceller med en lovande verkningsgrad på upp till 7,11 procent och framförallt uppvisade de en väldigt hög stabilitet. Totalt försämrades verkningsgraden med mindre Nordisk Energi 3 2019