Ny type tyndfilmsolceller passerer magisk grænse

Solceller baseret på perovskit kan omdanne mere end 15 pct. af sollyset til elektricitet – og fremstilles med konventionelle metoder.

Det er muligt at opnå høj effektivitet af en tyndfilmsolcelle baseret på et nyt lovende materiale, uden at materialet indgår i solcellen på en særlig nanostruktureret form – hvilket forskerne ellers troede var en forudsætning.

Forskere fra University of Oxford beskriver i en artikel i denne uges Nature, hvordan solceller, der indeholder et perovskit-lignende materiale med den kemiske formel CH3NH3PbI3-xClx, kan fremstilles med konventionelle teknikker.

Perovskit er et mineral opdaget i Uralbjergene i 1839 og opkaldt efter mineralogen Lev Perovski.

Med den nye teknik vil det være muligt at få en effektivitet i omdannelsen af solenergi til elektrisk energi på over 15 pct., hvilket anses som en magisk grænse for kommercielle solceller.

Solceller baseret på krystallinsk silicium har for længst passeret denne grænse; de har en effektivitet omkring 25 pct., men er dyre at fremstille.

Et materiale med lynkarriere

Denne 330 nm tyndfilm baseret på perovskit og lagt på en glas­plade med dampaflejring har en effektivitet på over 15 pct. (Foto: Boshu Zhang, Wong Choon Lim Glenn & Mingzhen Liu)

Gennembruddet med perovskit er kommet kun fire år efter, at forskergrupper for første gang interesserede sig for dette materiale til solceller.

Det er Mingzhen Li fra Henry Snaiths forskningsgruppe, der har udført forskningsprojektet.

Det anvendte udgave af perovskit har formlen ABX3, hvor A er methylammonium (CH3NH3), B er bly (Pb) og X enten er iod eller chlor (I, Cl).

Materialet har et uorganisk ‘skelet’ med organiske molekyler i mellemrummene. I lighed med halvledermaterialer kan det absorbere sollys og danne elektroner.

Spændingsforskel på over 1 volt

Sidste år beskrev Snaiths forskningsgruppe i en artikel i Science, at det er muligt at inkorporere dette materiale i en såkaldt meso-superstruktureret tyndfilmsolcelle og derved opnå en effektivitet på 10,9 pct., som er et højt tal for tyndfilmsolceller.

Det var formodet, at den særlige nanostrukturering af perovskit-materialet, som var opnået ved anvendelse af halvporøst aluminium, var en forudsætning for at nå over de 10 pct. Nu har Snaiths gruppe altså vist, at det ikke er tilfældet, hvis kvaliteten og ensartetheden af lagene i filmen er høj. Det har forskerne opnået med dampaflejring frem for ved deponering fra en opløsning.

Det er også interessant, at perovskit-solceller giver en spændingsforskel på over 1 volt, mens andre tyndfilmsolceller typisk kun leverer 0,7 volt.

Henry Snaith konkluderer derfor, at perovskit-teknologien nu er kompatibel med nuværende fremstillingsprocesser, og at den sandsynligvis vil blive taget i brug af solcelleproducenter og anvendt i storskalaproduktion.

Han får opbakning fra Michael McGehee fra Stanford University, der i en kommentar i Nature forudser, at der vil ske yderligere gennembrud inden for perovskitsolceller de kommende måneder og år.

»Disse materialer har en kort histori, men alt tyder på, at deres rolle inden for solcelleindustrien vil være alt andet.«

Webinar: simuleringsbaseret udvikling

Ingeniøren og Comsol afholder gratis webinar om simuleringsbaseret udvikling – et paradigmeskifte i udviklingsprocessen

Simulerings-apps flytter simuleringerne med rundt i hele udviklingsprocessen og er med til at frigøre virksomhedens innovationspotentiale. Tilmelding her.

Kommentarer (5)

Meget spændende materiale! Utroligt nok er Wikipedia's Perovskit artikel allerede opdateret med denne opdagelse og links til artikler i Nature fra den 11 September!

MEN jeg ser at der bly i formlen. Det er vel ikke så miljøvenligt at rulle den slags ud i større stil?

Mvh
Steen

  • 1
  • 1

Hej Peter,

I artiklen tales der om bly:

Det anvendte udgave af perovskit har formlen ABX3, hvor A er methylammonium (CH3NH3), B er bly (Pb) og X enten er iod eller chlor (I, Cl).

På Wikipedia står der om Perovskite at: "It lends its name to the class of compounds which have the same type of crystal structure as CaTiO3 (XIIA2+VIB4+X2–3) known as the perovskite structure.[9] "

Så ud over CaTiO3 er der altså en hel klasse af stoffer som også kaldes Perovskite. Herunder det i artiklen omtalte stof med bly.

Mvh
Steen

  • 1
  • 0

Det ser fantastisk spændende ud med en tyndfilm solcelle med en konverteringseffektivitet over 15 procent og en rimelig simpel proces.
Blyet er desværre en udfordring, ikke fordi der er særligt meget af det i solcellerne, men fordi lovgivning omkring bly er helt hysterisk - men ok, der er nok nogen der laver en blyfri udgave med thallium istedet.
Jeg skal have nærlæst artiklen for det lyder virkelig interessant.

Første skimning af artiklen gav ikke noget information om holdbarhed. I en publikation fra 2012 af blandt andet Grätzel (http://www.nature.com/srep/2012/120821/sre...) med en struktur der ved første øjekast ser nogenlunde identisk ud, har de i grove træk den samme effektivitet ved 200 timer som ved 500 timer, men jeg kunne have dem mistænkt for ikke at bade cellerne i lys imellem målingerne.

  • 0
  • 0