Skrevet av:
Trygve Mongstad, forsker ved Institutt for
energiteknikk
Ørnulf Nordseth, forsker ved Institutt for energiteknikk
Ørnulf Nordseth, forsker ved Institutt for energiteknikk
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.
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.
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. 
Bilde: I solcellelaboratoriet på IFE forsker vi på prosesser tilpasset silisiumbaserte tandemsolceller. Foto: IFE/Mick Tully, Image Commmunication.
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.
