Svart silisium er svart for det blotte øyet, men slike solceller ha ren overflate dekket av pigger og kratere. (Bilde: Aalto University)
Den ruglete overflaten gjør at solcellen fanger det meste av lyset som treffer cellen, også fra skrå vinkler. (Bilde: Aalto university)
I et mikroskop ser man at overflaten er dekket av pigger og kratere. Her kan elektroner "sette seg fast" og dø, men forskere ved Aalto-universitetet mener nå de har løst dette problemet. (Bilde: Aalto University)

BLACK SILICON SOLAR CELLS

Satte rekord med solceller som er perfekte for norske forhold

– Dypt imponerende, mener norsk solcelle-ekspert.

Finske forskere har satt effekt-rekord for solceller basert på svart silisium, som virker ekstra godt når det er overskyet. Det er gode nyheter for solenergi i nordiske land, skal vi tro eksperter.

Mange forskningsgrupper har gjort forsøk med sort, eller såkalt nanostrukturert silisium, etter at det ble oppdaget for flere tiår siden.

Men ingen skal ha greid det finske forskere ved det finske Aalto-universitet i Helsinki har prestert: Å oppnå en virkningsgrad på hele 22,1 prosent.

Les også: Seks teknologier du ikke hadde trodd fantes for 100 år siden

– Fanger det meste

Et problem med vanlige silisiumsolceller, som i dag er i bruk på hustak verden over, er at de ikke klarer å fange alle fargene i sollyset like effektivt. Solcellene kles derfor med et antirefleksjons-belegg, men heller ikke disse fanger ikke alt lyset, og gir ofte solcellene en blåaktig farve.

Sorte silisiumsolceller absorberer så godt som alt sollys. Derfor har solcelle-miljøer forsket på materialet i over 15 år. 

– Det mest imponerende med finnenes arbeid, er at de har klart å løse det store problemet som kommer med slike sorte strukturer, sier IFE-forsker Erik Stensrud Marstein, som selv har gjort forsøk med sort silisium og kjenner det finske forskningsprosjektet godt.

Les om: Her vil de bygge Europas største solkraftverk

Problem løst

En vanlig, glatt silisiumwafer, som finnes på hustak over hele verden, reflekterer over 30 prosent av sollyset. For å øke oppsamlingsevnen blir tradisjonelle silisiumswafere kjemisk behandlet slik at overflaten blir ru. Dette gjør at flere av solstrålene blir fanget opp og reflektert ned i solcellen, i stedet for å bli reflektert ut igjen.

Svart silisium fanger flere solstråler, men har samtidig en ekstremt ru og stor overflate. Defekter på overflaten er steder hvor elektronene kan "dø". Dermed reduseres energiutbyttet.

– Den store, svarte overflaten fanger elektroner, men disse blir sittende fast. Dette problemet mener de finske forskerne de nå har løst, forklarer forsker Gaute Stokkan, ved Sintef Materialer og kjemi til Teknisk Ukeblad.

De finske Aalto-forskerne har lagt på en tynn film i aluminiumoksid, som følger strukturene i silisiumet. Dette er en passiveringsmetode, og leder elektronene på riktig vei.

– Nøkkelen finnene har funnet er overflatebehandlingen. De har klart det ingen andre har klart, å få den optiske ru overlfaten til å virke veldig glatt og harmløs for elektronene. Dermed går mindre av energien tapt, og virkningsgraden øker, sier Marstein, som leder IFEs solcellesenter.

Finnene har også samlet begge kontaktpunktene i en solcelle på en side (interdigitated back contact) , slik at oppsamlingssiden bare er en stor svart overfalte.

Les også: Nå kan du få solceller på taket - uten at det synes

Fanger lave solstråler

Økt energieffektivitet er ikke den eneste fordelen, påpeker de finske forskerne. Fordi de svarte solcellene også kan fange skrå solstråler, kan de produsere mer elektrisitet gjennom en større del av døgnet sammenlignet med tradisjonelle solceller.

– Dette er en fordel spesielt i nord, hvor solen skinner fra en lavere vinkel store deler av året. Vi har demonstrert at svarte solceller produserer betydelig mer elektrisitet enn tradisjonelle solceller om vinteren i Helsinki, til tross for at de hadde identiske effektivitetsverdier, sier professor Hele Savin ved Aalto universitetet i en pressemelding.

Dette er en av årsakene til at Marstein har stor tro på sorte silisiumsolceller.

Les også: Et billig materiale kan øke solcelleeffekten med 50 prosent

Må takle store arealer

– Forsøk med sort silisium har vist at du får fanget mer energi når solen treffer solcellen med smale vinkler enn andre solceller. I vår der av verden, der solen ofte står lavt, har dette en verdi, sier Marstein.

IFE-forskeren mener det ikke er et spørsmål om man får sort silisium til å virke, men hvorvidt man kan produsere dem på en kostnadseffektiv måte for store arealer.

Også Stokkan er fascinert av teknologien, men er usikker på om finnenes funn kan sies å være et kvantesprang.

– Sort silisium er veldig spennende, og noe som jeg godt tror kan være en teknologi som blir tatt i bruk en gang i framtiden. Hvis det er som de sier, at de har klart å løse overflateproblemet, og de klarer å gjennomføre det til en forsvarlig kostnad, er nok dette et bidrag til en teknologi som kan bli viktig i framtiden, sier Stokkan.

Les også: Nå kan du få støtte til å installere solceller på taket

Krever tillpasninger

Det finnes solceller som presterer bedre en denne, legger Marstein til, men mener det er viktig at finnene har vist at konseptet fungerer i en interessant teknisk løsning.

Den forrige rekorden til Aalto-forskerne var en energieffektivitet på 18,7 prosent. Nå har teamet bikket det opprinnelige målet på 20 prosent.

– 22,1 prosent virkningsgrad er et veldig godt resultat. Sort silisium forutsetter produksjonsmetoder som ikke er gjengs i dagens solcelle-fabrikker, og de krever tilpasninger. Men det har man klart før, sier Marstein.

Les også: Verdens største solvarme-kraftverk griller fugler i luften