Energi og miljø

Tandem på taket. Ny utvikling innen solcelleteknologi

Solceller leverer strøm til under markedspris i deler av verden, men det er mulig med forbedringer som kan gi nesten dobbelt så mye strøm fra samme areal.
Kontakt

Nordseth, Ørnulf

Seniorforsker

 

Denne artikkelen stod først på trykk i Dagens Næringsliv 5. mai 2017

I dag relaterer vi ordet tandem til en lang og sjarmerende upraktisk sykkel – men i fremtiden kommer tandem til å være noe vi har på taket: Solceller.

Effektiviteten, eller virkningsgraden, til solceller er en av de mest avgjørende faktorene for konkurransedyktigheten til solenergi. De fleste av dagens solceller er laget av silisium. Silisiumbaserte solcellemoduler konverterer i gjennomsnitt 17 prosent av sollyset om til elektrisk strøm. De mest effektive modulene som er på markedet ligger på rundt 22 prosent, og det japanske selskapet Kaneka rapporterte å ha laget en silisium-solcelle med effektivitet på over 26,3 prosent i september i fjor.

Monokrystallinsk silisium er et fantastisk materiale, det kan lages med en renhet og en krystallinsk perfeksjon som ikke blir matchet av noe annet som vi mennesker kan lage i industriell skala. Likevel har materialet sine begrensinger. Den teoretiske maksimale effektiviteten til silisiumsolceller ligger på 29 prosent, så teknologien er nå nær grensen for hva som er mulig i industriell produksjon.

Tandemsolceller
Men det finnes en mulighet for å lage enda mer effektive solceller – tandem. Med tandemsolceller er det mulig å gå forbi den teoretiske grensen, og det er derfor knyttet stadig større forventninger til denne teknologien. Rent teknisk består en tandemsolcelle av to eller flere individuelle solceller oppå hverandre. De er laget av forskjellige materialer, og hver solcelle tar opp forskjellige deler av fargespekteret i lyset. Ved i tillegg å konsentrere sollyset ved hjelp av en linse eller et speil er det demonstrert hele 46 prosent effektivitet. Man kan ikke sette opp linser og speil på bygninger fordi de trenger å snu seg etter sola, så denne teknologien er kun aktuell i bakkemonterte solparker i områder med mye direkte sollys.

Ved å kombinere silisium med et annet materiale kan det lages en tandemsolcelle som er relativt billig, effektiv og ikke trenger konsentrasjon av sollyset. På forskningskonferansen SiliconPV i Freiburg i Tyskland i april ble flere ulike løsninger for dette diskutert, og det ble vist at det er mulig å komme opp i over 30 prosent effektivitet med denne teknologien.

Arbeid i sollab 2

Ved IFE på Kjeller utvikles nye teknologier og prosesser for silisiumbaserte tandemsolceller. I forgrunnen, den ene av artikkelforfatterne seniorforsker Ørnulf Nordseth. Foto: IFE/Mick Tully, Image Communication.

Nye materialer
Utfordringen blir nå å utvikle materialer og en prosess som muliggjør høy effektivitet med tilstrekkelig lav kostnad. Én mulighet som har vært demonstrert er å kombinere silisium med perovskitt-solceller. Perovskitt-solceller er en lovende teknologi med potensiale for lave produksjonskostnader, som ikke er på markedet enda. Statoil gjorde i desember 2016 sin første investering i solcelleteknologi da de investerte i Oxford Photovoltaics, et selskap som utvikler nettopp denne teknologien. En annen mulighet er å bruke kobberoksid sammen med silisium, en løsning som nå forskes på av Institutt for energiteknikk i samarbeid med Universitetet i Oslo og samarbeidspartnere i Romania.

På kort sikt er det andre materialer enn perovskitt og kobberoksid som er mer realistiske for bruk i tandemsolceller. Forskere fra Fraunhofer-instituttet i Tyskland viste tidligere i år en effektivitet på 31,3 prosent i en silisium/galliumarsenid/galliumindiumfosfat-solcelle. Og det kan være snakk om ganske kort tid før denne teknologien er forventet på markedet. Ifølge det internasjonale teknologiveikartet for solceller (ITRPV, april 2017) forventes det at silisiumbaserte tandemsolceller settes i masseproduksjon fra rundt 2020.

Selv om solceller nå er blitt en moden teknologi som leverer strøm til under markedspris i flere deler av verden, er det altså potensiale for forbedringer i effektiviteten som gir nesten dobbelt så mye strøm fra samme areal. Om ti år er derfor kanskje ikke tandem et ord vi forbinder med sykler, men derimot med takplatene og fasadene på de nyeste og mest energieffektive bygningene.

2017-05-15 Trygve Mongstad og Ørnulf Nordseth