Perovskitt kan gjøre solcellene mer effektive, men ennå gjenstår mye forskning før man vet sikkert hvor stort potensialet er. (Bilde: Edupic)

PEROVSKITT

Et billig materiale kan øke solcelleeffekten med 50 prosent

Perovskitt gjør vanlige silisiumsolceller mer effektive.

Forskerne ved Stanford-universitetet har lagt på materialet perovskitt på en silisiumsolcelle, skriver MIT Technology Review.

Perovskitter er en type materiale med en helt bestemt krystallstruktur som har mange bruksområder. Superledere er for eksempel ofte perovskitter.  

Perovskitten brukt av forskerne i Stanford inneholder relativt vanlige og billige materialer som ammoniakk, jod og bly.

Les også: Ga opp tidevanns-satsing i Norge - nå skjer det i Skottland

Nanoledninger

En av de største fordelene med å kombinere perovskittceller med silisiumsolceller er at perovskittcellene kan lages delvis gjennomsiktige, slik at lyset de ikke bruker, går gjennom til silisiumsolcellene under.

Den samme fremgangsmåten brukes også i andre materialkombinasjoner. Slike solceller kalles tandemsolceller.

Perovskittcellene som er laget før, har hatt et ugjennomsiktig materiale bak for å samle den elektriske strømmen.

Forskerne på Stanford har imidlertid utviklet en metode der det lages en gjennomsiktig elektrode av nanoledninger i silisium.

Les også: Så mye billigere er vindkraft enn kull og gass i Norge

Stor forbedring

Forskerne tok en billig silisiumsolcelle med en virkningsgrad på 11,4 prosent og økte den til 17 prosent med å legge på en perovskittsolcelle. Altså en økning på cirka 50 prosent.

Det gjenstår imidlertid mye arbeid for å finne ut hvordan de to materialene fungerer sammen. Da Stanford-forskerne la på perovskitt på silisiumceller med en mer typisk effekt på 17 prosent, økte for eksempel virkningsgraden kun til 17,9 prosent.

Forsker Erik Stensrud Marstein ved IFE understreker at det kun er drøye fem år siden arbeidet  med å bruke perovskitter i solceller startet. I 2009 ble det rapportert om en effektivitet på 3,8 prosent, mens den nå er oppe i hele 20,1 prosent, ifølge Chemistry World.

Silisium har til sammenligning forbedret effektivitet fra 6 prosent i 1954 til 25,6 prosent i 2014, ifølge Marstein.

– Perovskittsolcellene har vist potensial til å være like effektive som andre solceller, understreker han.

Les også: Solkraftutbyggingen bremset opp i Tyskland i fjor

Stort spenn

Hvor effektiv en solcelle er, avhenger av hvor stor del av energien i solspekteret den utnytter. Fotonene i sollyset kommer med et stort spenn av bølgelengder, og dermed også energi, fra ultrafiolett og langt inn i infrarødt.

– Det finnes ikke ett enkelt materiale som ideelt kan utnytte hele spekteret på en gang. Så lenge man holder seg til ett materiale, er det teoretisk umulig å få solceller mer effektive enn et par og tredve prosent. Alle materialene har omtrent den samme grensen for dette, forklarer han.

For å få mer effektive solceller, kan man for eksempel lage tandemsolceller, hvor man altså stabler solceller av ulike materialer oppå hverandre. Slike solceller kan være ekstremt effektive, og rekorden er ifølge Marstein en virkningsgrad på hele 46 prosent.

Les også: Slik vil de bygge bruer som lager strøm

Billigere materiale

I disse tilfellene er det tre eller fire solceller som stables i serie og plukker opp ulike farger. Det som gjør slike såkalte tandemsolceller så dyre, er at de beste er basert på relativt dyre materialer og komplekse prosesser.

– Dette gjøres med nanometerpresisjon, man kan ha opptil et par og tjue lag i en solcellestruktur. Det er ekstremt kul kvantesløyd, men er veldig vanskelig å få det veldig billig på kort sikt. Men med perovskitt har man klart å få til en god materialkvalitet og noe som kan gi en billigere fremstillingsmetode av tandemceller, sier han.

For det er ikke mange dyre atomer inne i perovskitten. Men utfordringene er flere. Foreløpig er de beste rekordene på veldig små arealer, altså veldig små solceller. Ingen har vist at det kan gjøres på en god måte på solceller med større areal.

Samtidig er det utfordringer med stabiliteten.

– Perosvkittcellene har en veldig høy virkningsgrad når de settes ut, men den faller relativt fort når det blir satt i produksjon. Det er kommet flere løsninger for å bedre stabiliteten, det blir veldig spennende å se hva forskerne får til, sier Marstein.

Investeringer for en halv milliard kroner i 1 TWh småkraft ble verdiløse

Les også:

Bruker bly

En annen utfordring er at det i dag ofte brukes bly i perovskitten.

– Man ønsker jo ikke å bruke et slikt tungmetall i solcellene, og bruken er sterkt regulert. Men dette er noe man forhåpentligvis kan designe seg vekk fra, sier han.

– Hvor viktig kan bruken av perovskitt i solceller bli?

– Man er helt avhengig av å få opp volumet på produksjonen for å lage det billig. Noen løp har så vidt begynt. Men hvis man kan bruke karbon, hydrogen, nitrogen og oksygen og eventuelt noen harmløse metaller man har masse av, og påføre dette på glass, kan det være veldig spennende på sikt, sier Marstein.

Han understreker at det trengs mye forskning før man kommer fram til storskalaproduksjon.

– Det er en stor risiko å ta, for foreløpig er det ingen som har bevist hva det vil koste, sier han.

Les flere artikler om solkraft.

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.