Denne brikken kan revolusjonere solcellemarkedet

Bildet: En tandem-solcelle som består av flere lag kan gjøre solceller mye bedre enn de er i dag. En plate av kobber og sink (øverst) kan kombineres med en vanlig solcelle (under) for å lage en tandem-solcelle. Foto: Julie Kalveland/UiO

Vanlige solceller kan styrkes kraftig, viser ny forskning ved Universitetet i Oslo. Alt som trengs er litt kobber, litt sink - og luft.

Publisert: 26 Jun 2018

Av Julie Kalveland

Jakten på den mest effektive solcellen har pågått siden de første solcellene ble funnet opp på slutten av 1800-tallet. Likevel tar den vanligste typen vi har i dag, silisiumsolceller, opp under 30 prosent av sollyset som skinner på dem. Nå har forskere ved Fysisk institutt funnet en smart måte å utvikle en ny type solcelle på – som vil innebære et stort steg framover for utnyttelsen av solens stråler.

Stanger i taket
Silisiumcellene har vist seg veldig gode, og over tid er de blitt bedre og bedre. Likevel har den lave utnyttelsen av sollyset bekymret forskerne.
– Silisiumcellen har begynt å stange i taket når det gjelder effektivitet, forklarer forsker Heine Nygard Riise. Han forsker på materialer til bruk i en helt ny type solceller og tok nylig doktorgraden ved Fysisk institutt ved UiO.
– Teoretisk sett kan silisium ha en effekt på 29 prosent. De beste silisium-solcellene begynner i dag å nærme seg 27 prosent. Silisium-solceller er veldig godt utviklet i dag, men 29 prosent effektivitet er jo ikke så veldig imponerende, sier han.

Jakten på det rette råstoffet
Laben hvor det jobbes med å utvikle solceller, må holdes mest mulig støvfri. Derfor er Heine Nygard Riise og de andre forskerne godt pakket inn. Foto: Julie Kalveland/UiO Bruk bildet.
Grunnen til at silisiumet ikke er mer effektivt, er at det tar opp rødt lys godt, men i mindre grad tar opp det blå lyset, forklarer Riise. Han peker på at det finnes andre og mer effektive råmaterialer:
– Galliumarsenid er for eksempel et materiale det er enkelt å endre slik at det kan absorbere mer av lyset. Med galliumarsensid kan du lage veldig effektive celler, da kan du komme opp i 46 prosent – verdensrekorden for solceller, forklarer han.
Likevel brukes dette råstoffet sjelden. Det kommer av at materialet – i motsetning til silisium som kan lages av sand – er veldig dyrt.
– Tidligere var det stor entusiasme for å finne et alternativ til silisium som lignet galliumarsenid, men man har nok innsett de siste årene at det er vanskelig å gå bort fra silisium. Det koster sinnssykt mye penger å lage en produksjonsfasilitet, så det vil bety at mange investeringer går dukken, poengterer Riise.

Lager «dobbeltdekker»
Derfor jobber Riise og kollegaene hans med å kombinere den tradisjonelle silisium-solcellen med en ny celle, en såkalt «tandem-celle». I solcellen som legges over den vanlige cellen, «toppcellen», er kobberoksid hovedkomponent.
- Kobberoksidet absorberer blått lys. Kombinasjonen av de to cellene gjør at man teoretisk sett kan oppnå en effekt på 40 prosent. Det er flere fordeler med å bruke akkurat kobber i solceller, forklarer Riise.
– Metall har en tendens til å oksidere. Når man starter med et oksid, er det veldig stabilt.

Miljøvennlig nyvinning
Utover kobberets gode egenskaper er det også et miljøperspektiv som har vært viktig for forskeren.
– Mange som jobber med å utvikle nye solcelletyper bruker materialer som vi ikke har så mye av. Det er for det første ikke bra for planeten, for det andre blir det dyrt, og man må ofte bruke mye ressurser for å få tak i materialene. Både sink og kobber finnes det mye av, og det er billig, sier Riise.
Det er også en fordel at verken kobber eller sink er giftige materialer, med tanke på produktenes levetid.
– Etter 50 år har man ikke lyst til at de skal ligge ute i naturen og gi fra seg for eksempel tungmetall. Det er endel solcellekonsepter som har tungmetaller i seg, og det er ikke bra for naturen, sier Riise.

Gjør «gamle» solceller billigere
Riise har også sett på hvordan den tradisjonelle solcellens produksjonsprosess kan gjøres rimeligere.
– Vanligvis varmebehandles silisium i en halvtime på høy temperatur for å produsere en solcelle. Det krever mye strøm. Vi har vist at du kan gjøre prosesseringen enda bedre ved å behandle silisiumet i 10-20 millisekund ved å lyse et kraftig lys på det, slik at silisiumet absorberer lyset og varmes opp raskt. Slik slipper man å bruke mye strøm for å varme opp noe i en halvtime, forklarer han.

Kan gi konkurransefordel
Tandemcellen er foreløpig ikke testet ut. Riise og kollegaene hans jobber fremdeles med å få toppcellen til å fungere best mulig og å sette de to cellene sammen på best mulig måte – uten å ødelegge den tradisjonelle solcellen. Han har stor tro på potensialet om disse utfordringene løses.
– Hvis dette lykkes, er det dumt av produsentene ikke å starte produksjon av tandemceller. Si at å produsere en tandemcelle gir en liten prisøkning sammenlignet med en vanlig silisium-solcelle, men at du samtidig øker effektiviteten med 30 prosent. Det er klart at forbrukeren vil foretrekke denne løsningen fremfor den tradisjonelle silisium-teknologien.

Kilde: titan.uio.no