Framtidens Industri 1
GRA FEN Traditionella kiselsolceller börjar idag
närma sig gränsen för vad de kan åstadkomma och forskarna utvecklar därför en rad nya solcellstekniker som skulle kunna leda till en ny generation bättre och billigare solceller. För att dessa tekniker ska kunna kommersialiseras finns det emellertid flera utmaningar som först måste övervinnas, vilket det unika materialet grafen skulle kunna hjälpa till med. Foto: Graphene FlaGship ➛ utsätts för diverse påfrestningar från miljön, som varierar slumpmässigt med tiden och som inte kan testas i laboratoriet. Sedan juni 2020 har solpanelernas därför varit i kontinuerlig drift och deras prestanda har utvärderats i förhållande till miljöförhållanden som solinstrålning, temperatur och luftfuktighet för att ge forskarna en bättre förståelse för deras pålitlighet och för att de ska kunna jämföras med traditionella solcellstekniker som kiselsolceller. Forskarna kan ännu inte dela med sig av alla resultat, men de preliminära resultaten är enligt Emmanuel Kymakis väldigt lovande. Bland annat har bara en liten mängd nedbrytning av solpanelerna observerats, samtidigt som de presterar bättre än traditionella solpaneler vid höga temperaturer. Billigare än fossil energi Utvecklingen av kostnadseffektiva och stabila solpaneler med grafenförstärkta perovskitsolceller fortsätter också i projektet GRAPES, som leds av det italienska företaget Enel Green Power. Bland annat ska projektet förbättra verkningsgraden ytterligare genom att utnyttja grafenförstärkta perovskitsolceller i tandem med kiselsolceller. I en så kallad tandemsolcell kan en halv56 genomskinlig perovskitsolcell placeras ovanpå en kiselsolcell. Tack vare att perovskitsolcellen effektivt omvandlar ljus med kortare våglängder till elektricitet medan kiselsolcellen effektivt omvandlar ljus med längre våglängder tar de tillsammans vara på en större andel av solljuset. Det är därför möjligt att uppnå en högre verkningsgrad än vad som är möjligt med enbart kiselsolceller. Den teoretiska gränsen för hur hög verkningsgraden hos en perovskit- och kiselbaserad tandemsolcell kan bli är cirka 43 procent och den högsta verkningsgrad som hittills uppnåtts av Graphene Flagships forskare är 26,3 procent. Forskarna har också tagit fram en ny tillverkningsmetod som, genom att utnyttja grafenets mångsidighet, gör det möjligt att minska tillverkningskostnaderna och skulle kunna möjliggöra tillverkning av solpaneler med stor area i industriell skala. – Den staplade kisel- och perovskitkonfigurationen utgör grunden för Graphene Flagships nya spjutspetsprojekt GRAPES, där en pilotlinje för tillverkning av grafenbaserade tandemsolceller med perovskit och kisel kommer att bana väg för att bryta verkningsgradsbarriären på 30 procent och minska genomsnittspriset per kilowattimme (Levelized Cost of Energy) betydligt, säger Emmanuel Kymakis. FRAMTIDENS INDUSTRI 5 2021 Förhoppningen är att priset för solenergi ska kunna sänkas till 20 euro per kilowattimme, vilket är billigare än för fossila bränslen. Organiska solceller Utöver perovskitsolceller utvecklas det även flera andra solcellstekniker som skulle kunna få en rejäl skjuts framåt med hjälp av grafen. Organiska solceller, som istället för inorganiskt kisel använder sig av kolbaserade organiska halvledare, är i likhet med perovskitsolceller mycket billigare att tillverka än kiselsolceller och kan göras tunna och böjbara, men deras främsta styrka är att det finns ett stort antal organiska halvledarmaterial med olika egenskaper att välja mellan. Solcellerna kan därmed skräddarsys för en mängd olika användningsområden. Till exempel kan organiska solceller tillverkas i nästan vilken färg som helst eller till och med göras nästan helt genomskinliga. De lämpar sig därför väl för byggnadsintegrerade solcellslösningar och skulle även kunna användas i bland annat bilar och kläder. De organiska solcellernas verkningsgrad kan än så länge inte mäta sig med verkningsgraden hos kiselsolceller. Den ökar emellertid hela tiden och i januari 2021