DTU-forskere udvikler tandem-solcelle med både silicium og tyndfilm
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

DTU-forskere udvikler tandem-solcelle med både silicium og tyndfilm

Med et nyt forskningsprojekt håber danske forskere at kunne finde alternative til de klassiske solceller. Det skal ske i kombination mellem klassiske silicium-celler og en et nyt og bæredygtigt tyndfilms-materiale. Illustration: OregonDOT

Et hold af forskere med dansk ledelse vil kombinere det bedste fra to verdener inden for solceller: siliciumkerne-cellen og en tyndfilmscelle.

Ideen om en tandemcelle, hvor to lag af absorberende materialer virker i kombination, er ikke ny. Men af konkurrencemæssige årsager er det fortsat siliciumkernecellen eller rene tyndfilmsceller, der præger solpaneler kloden rundt. Det er derimod langt fra alle af disse tyndfilm, der er baseret på bæredygtige materialer i den forstand, at metallerne ikke er tilgængelige i store mængder.

Læs også: Ny type tyndfilmsolceller passerer magisk grænse

Med projektet Altcell vil de danskledede forskere forsøge at skabe et fremtidssikkert alternativ til de eksisterende solceller, som projektets navn antyder. I stedet for at bruge den knappe ressource indium og det gifte galium, som i dag benyttes i tyndfilmsceller, benytter Altcell andre og mere tilgængelige metaller:

»Vi er rigtigt glade for vores CZTS-tyndfilmen, fordi den består af lutter dagligdagsmaterialer: Kobber, zink, tin og svovl. Så det er altsammen nemt tilgængeligt,« forklarer Jørgen Schou, professor ved DTU Fotonik og leder af Altcell.

Læs også: DTU-forskere vil skabe superbillige solceller af kobber, zink og tin

Skitse over princippet i tandemcellen. Eftersom projektet ikke er startet endnu, findes der i øjeblikket ikke bedre illustrationer Illustration: Jørgen Schou, professor ved DTU Fotonik

Erfaring med CZTS

Og Jørgen Schou har både stor tro på og erfaring med CZTS-tyndfilmen. Han er netop ved at afslutte det flerårigt projekt Chalsol, der skulle være med til at udvikle CZTS-materialet. Forskerne fik først for ti år siden fik øjnene op for det. I løbet af projektet lykkedes det Jørgen Schou og hans kollegaer at hæve effekten fra nul til fem procent.

Læs også: Effektivisering gør solceller til billigste VE-teknologi

Da Chalsol-projektet startede, var håbet, at CZTS alene kunne udgøre et alternativ til de traditionelle silicium-paneler, men fordi markedspriserne for både siliciumcellen og de hyppigt anvendte CIGS-tyndfilm med galium og indium er faldet drastisk de seneste år, leder forskerne efter en måde at gøre CZTS konkurrencedygtigt:

»Vi har gjort gode fremskridt med vores første projekt ved at hæve effekten, og der er stadig en mulighed for at kunne nå op på et niveau med CZTS, der er konkurrencedygtigt, særligt hvis det indgår i en tandemcelle,« forklarer Jørgen Schou:

»Vi har derfor to retninger i vores projekt: At få CZTS til at virke meget bedre og få det til at virke i en tandemcelle.«

En god kombination

I dag er der ikke mange energieffektive tandemceller. Men med samspillet mellem netop siliciumcellen og CZTS-tyndfilmen har Jørgen Schou og hans kollegaer god grund til at tro på de alternative tandemceller, som de håber kan nå op på en effektivitet på 7-10 procent:

»De faststoffysiske egenskaber i CZTS passer rigtigt godt til silicium. Båndgabene i de to materialer er forskellige, så de optager energi fra store dele af spektret,« forklarer Jørgen Schou og fortsætter:

»Øverst ligger tyndfilmen af CZTS, da den optager de mest energirige fotoner. Herefter går resten af energien til siliciumkernen nedenunder. Silicium virker bedst i det infrarøde spektrum, men CZTS virker i den synlige del af spektret.«

Læs også: Skov af nanowirer booster virkningsgraden for billige solceller

Én af projektets udfordringer bliver at udvikle den bedste måde at sætte de to materialer sammen og samtidig bevare de gode egenskaber fra begge materialer.

Erhvervslivet er med

Her kommer partnerskabet med Haldor Topsøe blandt andet ind i billedet. I samarbejde med dem vil forskerne blandt andet forsøge sig frem ved at spraye tyndfilmen på:

»I vores første projekt blev CTZS fremstillet i tørre processer i vakuum. Nu vil vi gerne det i vådkemiske processer, eksempelvis ved hjælp af med spraycoating,« siger Jørgen Schou.

Samarbejdet med erhvervslivet er vigtigt, for hvis ikke der kan findes alternative måde at producere tyndfilmen, vurderer Jørgen Schou, at det bliver vanskeligt at få produktion af tandemcellerne op i stor skala.

Læs også: Moderne solceller tjener energi-gæld hjem på under to år

Udover Haldor Topsøe er også Inmold A/S og Dansk Solenergi med i projektet, mens der er forskerbidrag fra både DTU Fotonik, DTU Nanotech, DTU Energi, Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet og Nanyang Technological University i Singapore. Altcell-projektet er støttet med 24 mio. kr. fra Innovationsfonden og løber over de næste tre år.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Jeg syntes ikke jeg helt har forstået
Hvor meget vil effekten bliver øget med, når man tilføjer et CTZS absorber layer, til en standard silicium solcelle ? 5% - 10 % - 15%

I artiklen bliver også nævnt at der ikke findes sælrig mange effektive tandem solceller :
F.eks. har Stion i 2014 offentligjort en tandem solceller på 23,2%, så jo der findes effektive tandem solceller.
https://www.greentechmedia.com/articles/re...

Og rekorden for en tandem solcelle er 29,8% ( 2 lag )
http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65664.pdf

Den højeste effekt for en lille bitte CTZS solcelle, altså ikke tandem er 12,6%
En større celle af samme type har ramt en effekt på 7,6%
Jeg kan ikke finde nyere forskning eller kommercialisering af denne teknologi , og rekorden er tilbage fra 2013.
https://www.pv-magazine.com/2016/04/27/uns...

CIGS og CD-TE er oppe på 22% effekt for en solcelle.

Panasonic og andre producenter har lagt et lag Amorphous silicon ind , det der kaldes Heterojunction solcelle, og de er oppe på ca. 26% effektivitet ( Kaneka ),som er den højeste effekt som silicium solceller.

Oxford PV, eksperimenterer, med et at tilføje et lag Perovskite ovenpå en normalt solcelle, og kommet med et statement på at det kan øge effekten med 20%.
Som de selv skriver så kan et 260 watt normal silicium solcelle panel, øges til 312 watt.
http://www.oxfordpv.com/Tandem-perovskite-...

Jeg savner sammenligninger med ovenstående.
Der er forsket i CTZS før, bla. har IBM og Solar Frontier, forsket i denne teknologi , netop fordi det som artiklen peger på er materialer der er ufarlige, og som der til stor rådighed og er billige.
Men hvor meget kan dette CTZS lag bidrage med og til hvilken pris?

  • 6
  • 0

Hvorfor ikke bare lave enden, en tyndfilm, eller en silicium-celle, som man så øger produktiviteten af, via vand køling.. Alså en hybrid solcelle,solvarme unit.

  • 1
  • 0

Hej Thomas

Med din mange gode spørgsmål, har jeg bedt professor Jørgen Schou om hjælp til at svare dig ordentligt. Her kommer hans svar:

Jeg syntes ikke jeg helt har forstået
Hvor meget vil effekten bliver øget med, når man tilføjer et CTZS absorber layer, til en standard silicium solcelle ? 5% - 10 % - 15%

Den teoretisk grænse for vores kombination bestemt ved de faststoffysiske forhold er omkring 40 % effektivitet. Man har i praksis nået ca. 20 % udenfor laboratorierne for silicium- så en ekstra tyndfilmscelle ovenpå kunne måske bidrage med 10 % mere. Det vil kræve at man i laboratoriet kan komme op på mindst 15 % for et CZTS alene.

I artiklen bliver også nævnt at der ikke findes sælrig mange effektive tandem solceller :
F.eks. har Stion i 2014 offentligjort en tandem solceller på 23,2%, så jo der findes effektive tandem solceller.
https://www.greentechmedia.com/articles/re...

Stion tandem-cellen er i det væsentlige netop en mekanisk-stavlet celle og ikke en monolitisk celle. Desuden er tandem cellen baseret på indium og gallium, som aldrig vil kunne bidrage til en løsning i større målestok, da der er begrænsede mængder af indium til rådighed.

Og rekorden for en tandem solcelle er 29,8% ( 2 lag )
http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65664.pdf

Også denne celle er en mekanisk stavlet celle, som indeholder indium i form af en øvre celle bestående af indium gallium fosfid.

Den højeste effekt for en lille bitte CTZS solcelle, altså ikke tandem er 12,6%
En større celle af samme type har ramt en effekt på 7,6%
Jeg kan ikke finde nyere forskning eller kommercialisering af denne teknologi , og rekorden er tilbage fra 2013.
https://www.pv-magazine.com/2016/04/27/uns...

Den nyeste rekord netop opnået i Korea for samme proces med selenholdigt materiale er 13.7 %. For CZTS uden selen er rekorden i øjeblikket 9.4 % opnået i Australien.

CIGS og CD-TE er oppe på 22% effekt for en solcelle.

Det er helt korrekt, men problemet er stadig at indium, som jo kan blive en mangelvare, indgår. CdTe celler indeholder cadmium, der jo er et tungmetal, som kræver store udfordringer at håndtere, og som formodentlig vil blive forbudt i mange lande.

Panasonic og andre producenter har lagt et lag Amorphous silicon ind , det der kaldes Heterojunction solcelle, og de er oppe på ca. 26% effektivitet ( Kaneka ),som er den højeste effekt som silicium solceller.

Hvis amorft silicium kan forbedres så effektiviteten holder sig, kan det også blive en mulighed i en tandem celle.

Oxford PV, eksperimenterer, med et at tilføje et lag Perovskite ovenpå en normalt solcelle, og kommet med et statement på at det kan øge effekten med 20%.
Som de selv skriver så kan et 260 watt normal silicium solcelle panel, øges til 312 watt.
http://www.oxfordpv.com/Tandem-perovskite-...

Indtil nu er effektiviteten af perovskiterne faldet utroligt hurtigt, så snart de kommer ud i normal atmosfære. Selvom deres effektivitet er høj, skal stabilitetsproblemet løses, før de vil være en seriøs kandidat til det øverste lag i en tandem celle.

Jeg savner sammenligninger med ovenstående.
Der er forsket i CTZS før, bla. har IBM og Solar Frontier, forsket i denne teknologi , netop fordi det som artiklen peger på er materialer der er ufarlige, og som der til stor rådighed og er billige.
Men hvor meget kan dette CTZS lag bidrage med og til hvilken pris?

Det er jo det vi også vil undersøge i vores projekt!

  • 1
  • 0

Til Liv.

Det er super at du har haft overskud til at kontakte Profressor Jørgen Schou, og dejligt at han har taget sig tid til at besvare mine mange spørgsmål.

Jeg er blevet klogere og mere interesseret og det er jo hele meningen med journalistik.
Jeg er bare en super interesseret borger, der har kastet mig over solcelle markedet, den teknologisk udvikling og dens betydning for mulighederne for en grøn omstilling.

Det er et sindsygt spændende område hvor der fortsat er stor innovative muligheder hele tiden sker noget.
Der bliver forsket mange steder i verden og nye rekorder kommet til hvert år, og teknologien er blevet billigere for hvert år.

Dejligt at se at der bliver afsat midler til dette nye projekt, og at det kan vise sig at skabe nogle klare effektivtets forbedringer.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten