211service.com
Et materiale, der kunne gøre solenergi snavs billigt
En ny type solcelle, lavet af et materiale, der er dramatisk billigere at få og bruge end silicium, kunne generere lige så meget strøm som nutidens råvaresolceller.
Selvom materialets potentiale lige er begyndt at blive forstået, har det fanget opmærksomhed fra verdens førende solforskere, og flere virksomheder arbejder allerede på at kommercialisere det.
Forskere, der udvikler teknologien, siger, at det kan føre til solpaneler, der koster kun 10 til 20 cents per watt. Solpaneler koster nu typisk omkring 75 cent per watt, og det amerikanske energiministerium siger, at 50 cent per watt vil gøre det muligt for solenergi at konkurrere med fossilt brændstof.
Tidligere har solforskere været delt op i to lejre i deres jagt på billigere solenergi. Nogle har søgt efter solceller, der kan laves meget billigt, men som har den ulempe, at de er relativt ineffektive. På det seneste har flere forskere fokuseret på at udvikle meget højeffektive celler, selvom de kræver dyrere fremstillingsteknikker.
Det nye materiale gør det måske muligt at få det bedste fra begge verdener – solceller, der er yderst effektive, men også billige at lave.
En af verdens førende solforskere, Martin Grøn fra University of New South Wales, Australien, siger, at de hurtige fremskridt har været overraskende. Solceller, der bruger materialet, kan laves med meget enkel og potentielt meget billig teknologi, og effektiviteten stiger meget dramatisk, siger han.
Perovskites har været kendt i over et århundrede, men ingen tænkte på at prøve dem i solceller før for relativt nylig. Det særlige materiale, forskerne bruger, er meget god til at absorbere lys. Mens konventionelle siliciumsolpaneler bruger materialer, der er omkring 180 mikrometer tykke, bruger de nye solceller mindre end én mikrometer materiale til at fange den samme mængde sollys. Pigmentet er en halvleder, der også er god til at transportere den elektriske ladning, der skabes, når lys rammer den.
Materialet er smudsbilligt, siger Michael Grätzel, der er berømt inden for solcelleindustrien for at opfinde en type solcelle, der bærer hans navn. Hans gruppe har produceret de hidtil mest effektive perovskit-solceller - de omdanner 15 procent af energien i sollys til elektricitet, langt mere end andre billige solceller. Baseret på dens ydeevne hidtil og på dens kendte lyskonverteringsegenskaber siger forskere, at dens effektivitet nemt kan stige så højt som 20 til 25 procent, hvilket er lige så godt som rekordeffektiviteten (typisk opnået i laboratorier) af de mest almindelige typer af solceller i dag. Effektiviteten af masseproducerede solceller kan være lavere. Men det giver mening at sammenligne laboratorieeffektiviteten af perovskitcellerne med laboratorieregistrene for andre materialer. Grätzel siger, at perovskit i solceller sandsynligvis vil vise sig at være et tilgivende materiale, der bevarer høj effektivitet i masseproduktion, da fremstillingsprocesserne er enkle.
Perovskite solceller kan fremstilles ved at sprede pigmentet på en plade af glas eller metalfolie sammen med et par andre lag materiale, der letter bevægelsen af elektroner gennem cellen. Dette er ikke helt de spray-on solceller, som nogle mennesker har forestillet sig - et sci-fi-ideal til øjeblikkeligt at konvertere enhver overflade til en, der kan generere elektricitet - men processen er så let, at den nærmer sig. Det er højst usandsynligt, at nogen nogensinde vil være i stand til bare at købe en balje 'solmaling', men alle lagene i solcellen kan fremstilles lige så nemt som at male en overflade, siger Henry Snaith, fysiker ved Oxford University, som , der arbejder med forskere i Asien, har offentliggjort nogle af de bedste effektivitetsgevinster for den nye type solcelle.
Da perovskiter første gang blev prøvet i solceller i 2009, var effektiviteten lav - de omdannede kun omkring 3,5 procent af energien i sollys til elektricitet. Cellerne holdt heller ikke ret længe, da en flydende elektrolyt opløste perovskitten. Forskere havde knap nok tid til at teste dem, før de holdt op med at arbejde. Men sidste år løste et par tekniske innovationer - måder at erstatte en flydende elektrolyt med faste materialer - disse problemer og startede forskere i et kapløb om at producere stadigt mere effektive solceller.
Mellem 2009 og 2012 var der kun ét papir. Så i slutningen af sommeren 2012 startede det hele, fortæller Snaith. Effektiviteten blev hurtigt fordoblet og derefter fordoblet igen. Og effektiviteten forventes at blive ved med at vokse, efterhånden som forskere anvender teknikker, der har vist sig at forbedre effektiviteten af andre solceller.
Snaith arbejder på at kommercialisere teknologien gennem en startup kaldet Oxford Photovoltaics, som har rejst 4,4 millioner dollars. Grätzel, hvis originale solcelleteknologi nu bruges i forbrugerprodukter som rygsække og iPad-covers, licenserer den nye teknologi til virksomheder, der har som mål at tage konventionelle siliciumsolpaneler til produktion i stor skala af solenergi.
Som enhver anden ny aktør på det stærkt konkurrenceprægede marked for solpaneler, vil perovskiter have svært ved at tage siliciumsolceller til sig. Omkostningerne ved siliciumsolceller falder, og nogle analytikere tror, at de i sidste ende kan falde så lavt som 25 cents per watt, hvilket ville eliminere det meste af omkostningsfordelen ved perovskiter og mindske incitamentet til at investere i den nye teknologi. Fremstillingsprocessen for perovskit-solceller - som kan være så simpel som at sprede en væske over en overflade eller kan involvere dampaflejring, en anden storstilet fremstillingsproces - forventes at være let. Men historisk set har det taget over et årti at opskalere nye solcelleteknologier, og et årti fra nu kan siliciumsolceller være for langt fremme til at fange.
Green siger, at en mulighed kan være at bruge perovskiter til at forstærke frem for at erstatte siliciumsolceller. Det kan være muligt at male perovskiter på konventionelle siliciumsolceller for at forbedre deres effektivitet og dermed sænke den samlede pris pr. watt for solceller. Dette kan være en nemmere måde at bryde ind på solcellemarkedet end at forsøge at introducere en helt ny slags solcelle.
En udfordring kan være, at materialet indeholder en lille mængde bly, som er giftigt. Tests vil være nødvendige for at vise, hvor giftigt det er som en del af perovskitmaterialet. Der kan også tages skridt til at sikre, at solcellerne indsamles og genanvendes for at forhindre, at materialerne kommer ud i miljøet - den tilgang, der nu forfølges med de bly-syre-startbatterier, der bruges i biler. Det kan også være muligt at erstatte bly i cellerne med tin eller et andet element.