Doper materialer for å skape nytt solcelle-gjennombrudd

Silisium dominerer overlegent i dag, men om 50 år kan det være noe helt annet som høster solstrøm på hustakene våre.

Under den tette, blå skogen av silisiumceller vokser et kratt av nye arter. Noen er bare små spirer, mens andre har slått rot. Har du hørt om tandemceller og mellombåndceller? Hva med opp- og nedkonvertering? Bli med på en tur i solcelle-underskogen.

Solcellemarkedet vokser. I fjor var den globale økningen på 25 prosent eller 50 GW, ifølge industriorganisasjonen Solar Power Europe.

– Det vil si opp mot 500 kvadratkilometer med paneler, og en omsetning på rundt 1300 milliarder kroner, sier Erik Stensrud Marstein, leder for Norsk forskningssenter for solcelleteknologi, til Teknisk Ukeblad.

Fjorårets globale utbygging tilsvarer Danmarks årsforbruk av elektrisitet 1,5 ganger. Hele 90 prosent av dagens solceller er basert på silisium, og prisen har falt med mer enn 99 prosent siden slutten av 1970-tallet, ifølge senterlederen.

Foreløpig er det ingen rimelige alternativer på markedet som kan konkurrere på effektivitet, men det finnes mer effektive, dyrere alternativer. Mange leter også etter alternativer til silisium som er billigere og mer fleksible, mens som gjerne går ned på effektivitet. Tynnfilmteknologi og organiske solceller er eksempler på dette.

Håndterer flere farger
På forskningsstadiet finnes flere nye konsepter som sikter forbi effektivitetsgrensene. Grovt sagt kan disse deles inn i to kategorier: Enten handler det om å forandre på selve solcella, eller så handler det om å forandre på sollyset.

Selve solcella kan forbedres så den effektivt høster energi fra flere farger i sollyset enn dagens silisiumceller. Sollyset kan på sin side forandres ved at fargene konverteres til bølgelengder som cellene er gode til å høste energi fra.

Den teoretiske effektivitetsgrensa for silisiumcellene er på 29,4 prosent, nettopp fordi de ikke er i stand til å høste energi fra alle fargene i sollyset på en effektiv måte. I dag har verdens beste silisiumceller en virkningsgrad på 26,3 prosent målt med én sol (innstrålt effekt på 1000 W/m2). Dette er en fullskala, førkommersiell celle fra Kaneka.

– Det er kjempekult at man har klart å oppnå godt over 80 prosent av det som er fysisk mulig for denne typen solceller, sier Marstein.

Normalt ligger kommersielle silisiumceller på 16-24 prosent virkningsgrad.

Les mer i Teknisk Ukeblad

Virkningsgrad målt med innstråling på én sol:

Krystallinsk silisiumcelle fra Kaneka: 26.3 prosent
Krystallinsk silisiumcelle fra Panasonic: 25.6 prosent
Tynnfilmcelle i gallium-arsenid fra Alta Devices: 28.8 prosent
Tynnfilmcelle i kobber-indium-gallium-selenid fra Solibro: 21 prosent
Perovskittcelle fra KRICT/UNIST: 19,7 prosent
Solcelle av lysabsorberende fargestoff fra Sharp: 11,9 prosent
Organisk solcelle fra Toshiba: 11,2 prosent
Tandemcelle fra Spectrolab: 38,8 prosent
Mellombåndcelle i gallium-arsenid fra amerikanske forskere: 19 prosent

Kilder:
• Green m.fl (2016), Progress in photovoltaics
• Kaneka
• Applied Physics Letters

Kommentarer

kommentarer