Forskere forbedrer i ét hug solceller med 10 procent

Ved at øge spændingen i selve solcellen fra 0,9 volt til over 1 volt har amerikanske forskere pustet nyt liv i cadmium telluride-teknologien.

Solceller af cadmium telluride (CdTe)-typen har længe levet et stille liv. Indholdet af den giftige cadmium og det sjældne tellur har fået industrien til at vende sig mod mere traditionelle solceller af krystallinsk silicium.

Men nu har forskere fra det amerikanske forskningsinstitut National Renewable Energy Laboratory (NREL) og universiteterne Washington og Tennessee vist, hvordan celle-spændingen kan øges fra 0,9 volt til over 1 volt.

Principskitse for cadmium-tellur-solceller. Det er i overgangen mellem de forskellige materialer, at forskerne har fundet en effektiv metode til at øge cellernes spænding. Foto: Fra Wikipedia

Læs også: Salget af batterilagre stiger voldsomt i USA

Det lyder måske ikke af så meget. Men en øget cellespænding betyder direkte forøgelse af cellens effektivitet. Begejstringen hos forskerne bygger da også på, at 0,9 volt har været maksimum i de næsten 60 år, CdTe-teknologien har været kendt.

CdTe-celler er såkaldte tyndfilmceller, og de udmærker sig blandt andet ved at have lavere total CO2-emission sammenlignet med silicium-celler, som lige nu dominerer verdensmarkedet. Samtidig anses CdTe-celler for at have den korteste tilbagebetalingstid - også sammenlignet med silicium-celler.

Læs også: Europas største flydende solcelleanlæg opføres i London

For at kunne øge celle-spændingen har forskerne udviklet en helt ny metode til fremstilling. I stedet for cadmium-klorid, som normalt bruges i overgange mellem materialerne, så har forskerne brugt fosfor-atomer i kombination med tellur. Denne proces forbedrede både ledningsegenskaberne og holdbarheden for CdTe-cellerne.

Læs også: Ny fremskrivning: Solcellerne vil dække 8 pct. af elforbruget i 2025

Også fremstillingsprocessen er blevet forbedret i forskningsprojektet. Det kræver nemlig ekstrem renhed, hvis virkningsgraden skal holdes høj. Lige nu ligger virkningsgraden på mellem 15 og 20 procent, og der vil fortsat være mulighed for forbedringer: Forskerne tror, at CdTe-celler vil kunne forbedres med yderligere 30 procent i virkningsgrad.

Flere store solcelleparker har fået installeret CdTe-celler. Blandt andet Waldpolenz Solar Park i Tyskland på 52 MW.

En fremkomst af mere effektive CdTe-celler kunne gøre noget godt for cadmium-produktionen i verden, hvis der vel at mærke er styr på hele cellens levetid. Selv om forbindelsen CdTe i sig selv ikke er giftigt, så er det nødvendigt at behandle cellerne omhyggeligt, når de er udtjent, og materialerne skal genbruges. Rent cadmium må nemlig ikke komme i kontakt med mennesker eller ud i miljøet.

Kommentarer (19)

Får man på miljøets vejne. Det kommer vel til at flyde med udtjente celler i vandmiljø mv. hvis dette tager fart. Det er ikke ment som en teknoloidræber eller tilbagestræbende kommentar, men hvordan er det lige vi sikrer ordentlig bortskaffelse? Der skal mere end flaskepant til...

  • 9
  • 8

Rent cadmium må nemlig ikke komme i kontakt med mennesker eller ud i miljøet

Men det kommer det uvægerligt før eller siden i processen udvinding-forarbejding-affaldshåndtering.

Med mindre man taler specialanvendelser (rumfart), så er de 10% uinteressante fordi man bare kan øge PV panelets areal med 10% og så står det lige, bortset fra siliciumpaneler er billigere. Og solrelevant areal er der jo som bekendt ikke mangel på en bolig.

  • 2
  • 7

Der bruges mindre Cadmium til et modul end til et AA NiCd batteri og der er totalt styr på recirkulering når modulerne skal miljøhåndteres. I deres levetid sparer de iøvrigt naturen for betydeligt mere Cadmium og Tellerium spredning end den mængde kulkraft de erstatter.

I 2023 regner First Solar med at passere 30% i virkningsgrad.

  • 19
  • 2

First Solar er det eneste ledede thin-film solar module producent.
Bortset fra Solar Frontier fra Japan, men som anvender andre materialer end First Solar til at skabe en photovoltaic effekt.

First Solar har ca. 3 GW produktions kapacitet worldwide, og har en voldsom track record, for massive solcelle parker.

De har lige slået deres egen solcelle rekord 22,1%.
Deres rekord for et solcellemodul er 18.6 %
De producerer solcelle moduler med en effektivitet på 16.3%.

De har været voldsomt gode til at rykke deres resultater i deres R&D afdeling til deres produktion afdelinger Dette har været sværere med mange andre tynd films producenter, og mange er de seneste 5-6 år lukker helt ned. Slået ud af markedet af prisfaldet på alm. silicium solceller moduler.

De har vist nok hvad jeg er klar over stadigvæk den billigste produktionspris pr watt.
Lidt under 0,40 Cent pr watt.

Så ovenstående resultat er bare endnu en appelsin i turbanen på at solcelle i fremtiden vil være et alternativ til fossil energi produktion.
Men batteri udviklingen er mere væsentlig for udbredelsen af solcelle på sigt.

Batteri udviklingen er heldigvis også godt i gang, og hvis forskning og udvikling kan boost, så vil vi se batterier om 5-10 år som vi ikke turde drømme om med henhold til energy density og pris.

  • 6
  • 3

I deres levetid sparer de iøvrigt naturen for betydeligt mere Cadmium og Tellerium spredning end den mængde kulkraft de erstatter.

Det var under bæltestedet. Jeg har da ikke sagt noget om kul, kun om ikke-tungmetalholdige solceller kontra dem med tungmetal.

Læser man kommentarsporet bliver jeg meget i tvivl om folk kender forskel på procent og procentpoint. Det er altså sølle ti procent vi taler om. Rart, men ikke afgørende. Det er at gå fra fx. 15% effektivitet til 16,5%. Ikke til 25%. Og så er det ikke umagen værd at fuske med tungmetaller.

  • 2
  • 1

Michael Eriksen

Fra min side er der ikke noget forsøg på at fornærme, hverken over eller under bæltestedet. Jeg ville bare gøre opmæksom på at selvom der bruges Cadmium, så er det altså promiller af promiller af det årlige globale Cadmium forbrug og promiller af promiller af promiller af det årlige Cadmium udslip.

  • 6
  • 0

Med hensyn til recycling af modulerne kan finde følgende oplysninger på First Solar hjemmeside.

First Solar will continue to meet its historical recycling obligations and will ensure its recycling program is compliant with market-specific waste requirements. In the European Union (EU), First Solar continues to operate a prefunded module collection and recycling program to ensure compliance with the EU’s Directive on Waste in Electrical and Electronic Equipment (WEEE), which as of 2014 will also apply to solar PV modules.

http://www.firstsolar.com/Technologies-and...

Det teoretiske højeste solcelle effektivitet med Cd-Te solceller er 29%.
Derfor er der stadigvæk mulighed for forbedringer.
De fleste kommercielle høj effektivitet silicium solceller ligger på ca. 20-21%
Der er dog med visse undtagelser som f.eks. Sunpower og Panasonic, som har præsteret solcelle med ca. 24-25% effektivitet, og paneler på 20% fra Panasonic og 22% for Sunpower i stor skala produktion.

Panasonic anvender det, som hedder heterojunction solcelle teknologi, hvor man udover at anvende alm, silicium lægger et amorphous silicium lag på. Denne type solcelle teknologi er fortsat noget dyrere end First Solar tynd film teknologi. Og Sunpower har også en solcelle grundkonstruktion, der yder gode kvalitets forbedringer, men som ligeledes er væsentligt dyrere at producerer end First Solar tyndfilm solpaneler.

Når man ser på hvordan de fleste silicium solceller bliver lavet, så er der også mange skadelige kemikalier i produktionsprocessen, eller som er et biprodukt for at komme fra det rå silicium til den færdige celle.
Desuden er der også meget spild når man skærer i en siliciums ingot.
Så får man noget der hedder kerf, og dette kan ikke anvendes igen.

Men her kan jeg pege på 2 producenter der er interessante at holde øje med.

Silicor der har opfundet en mere energi og miljøvenlig måde at producerer silicium på i forholdet til de to mest anvendte metoder ( The Siemens Process and Fluidized Bed Reactors ). De er ved at bygge en fabrik på Island.
http://www.silicormaterials.com/

Den anden er 1366technologies, der har opfundet en metode som er meget mere effektiv når man skal gå fra solcelle silicium til den færdige wafer der ender med at blive til en solceller.
http://1366tech.com/

De kemisk skadelige restprodukter er der styr på i EU fra europæiske producenter, men i Kina er det lidt anderledes. Her har bla. firmaet Jinkosolar blevet taget i at smide deres kemiske spildprodukter ud i en sø eller flod, og som fik fiskene til at dø.
Desuden anvendes der også mere energi i produktionen af en siliciums solceller, end tyndfilmssolceller.

  • 1
  • 0

Et firma ved navn Biosolar har i hvertfald annonceret at har udviklet et batteri, der giver baghjul til de nuværende batterie fra Panasonic/Tesla, LG chem og HItachi.
De har lavet patentansøgning i USA, Kina og SydKorea.
http://www.biosolar.com/

Nu må vi vente og se om det bare er et medie stunt, og om der overhovedet er hold i det de postulerer.

De skriver blandt andet på deres hjemmeside.

Test results suggest that lithium-ion batteries incorporating BioSolar Super Cathode technology can achieve significantly higher capacity with costs below $100/kWh, which is less than half of today’s lowest cost lithium-ion batteries.

  • 0
  • 0

Det teoretiske højeste solcelle effektivitet med Cd-Te solceller er 29%.
Derfor er der stadigvæk mulighed for forbedringer.
De fleste kommercielle høj effektivitet silicium solceller ligger på ca. 20-21%
Der er dog med visse undtagelser som f.eks. Sunpower og Panasonic, som har præsteret solcelle med ca. 24-25% effektivitet, og paneler på 20% fra Panasonic og 22% for Sunpower i stor skala produktion.

Jeg forstår ikke helt hvor du har et "teoretisk højst effektivitet" på 29% fra? Termodynamik?

Wiki har en fin opdateret figur for "research grade" celler. Her yder (vi ser bort for fra concentrator-tal) rene siliciumceller bedre end CdTe-celler - 25% kontra 22%. 10% ekstra redder ikke rigtig CdTe-cellerne.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/com...

Indrømmet, dette er for laboratoriumceller og langt fra hvad vi kan købe på markedet. Men det gælder for begge typer.

  • 1
  • 0

  • 2
  • 0

@Thomas Barfod
"Det teoretiske højeste solcelle effektivitet med Cd-Te solceller er 29%."

Det udsagn får mig til at tænke på Butch Cassidy and the Sundance kid, hvor de på et tidspunkt søger job og i jobinterviewet skal skyde til måls. Det går ikke særligt godt og så spørger han "Can I move" og rammer plet i flugten.

First solars CdTe solceller er tandemceller og set fra First Solars synspunkt er der meget mening i at arbejde videre med både deres nuværende tandem design og multijunction designs samt plasmonic effects og gratings.

Derudover er CdTe ikke særligt følsom for temperatur og kan derfor arbejde i høj temperatur, hvad der åbner mulighed for at opsamle varme, der kan konverteres til elektricitet.

Her er et gammelt interview med deres udviklingschef. http://www.greentechmedia.com/articles/rea...

Angående Tellerium forbruget, så er det ganske rigtigt at CdTe er en begrænset resource. Det som konstant gør First Solar billigere er den samtidige udvikling af tyndere lag og højere conversion effektivitet, så over tid bliver forbrug af både Cd og Te per modul kapacitet mindre og mindre.

Skal jeg skønne vil jeg mene at der er mulighed for at udnytte Tellerium ca. 20 gange bedre end First Solar kan i øjeblikket.

First Solar har iøvrigt opkøbt flere andre solcelleteknologier.

  • 3
  • 0

Pointen er nok at First Solar har rykket solcelle rekorden for deres teknologi, meget hurtigere end andre producenter, og at der grundet et større Band-gap, er muligheder for at forbedre teknologien endnu mere.

Det er helt rigtig at solcellerekorden for en Cd-Te solceller ligger på 22,1%, og at monocrystalline silicium solcelle er 25%. Mener at denne rekord er meget gammel.
I 2010 var rekorden for en Cd-Te solcelle 16,7%, og i dag er den 22,1%

Panasonic har produceret en solcelle med en effekt på 25,6%, men de anvender et amorphous lag ovenpå.

Der er også mulighed for med tyndfilm at lave en tandem konstruktion. Amerikanske Stion der anvender en Cigs compound, ramte en solcelle effektivitet på 23,2%, men de har kun produceret kommercielle moduler på ca. 14,8% effektivitet, så de har langt vej endnu fra lab til produktion.

http://www.renewableenergymagazine.com/art...

Pointen er nok at First Solar har rykket solcelle rekorden for deres teknologi, meget hurtigere end andre producenter, og at der grundet et større Band-gap, er muligheder for at forbedre teknologien endnu mere.

http://solarcellcentral.com/limits_page.html

Band Gaps Of Different Materials
Material Symbol Band Gap (eV)
Silicon Si 1.11
Cadmium telluride CdTe 1.49
Cadmium selenide CdSe 1.73
Copper oxide CuO 1.20
Gallium arsenide GaAs 1.43
Indium phosphide InP 1.35
Selenium Se 1.74

Fra First Solar hjemmeside.

Greatest Efficiency Potential
The semiconductor material used in our thin film modules has the highest theoretical efficiency of any PV material known today, significantly higher than crystalline silicon. Combined with the lowest inherent manufacturing costs, CdTe presents the greatest opportunity for solar electricity to change the way the world is powered.

Theoretical Efficiencies

This curve, known as the S-Q limit, illustrates the thermodynamic efficiency limit for single-junction conversion of the solar spectrum. Our thin film module technology has the highest theoretical efficiency of any other material.

  • 3
  • 0

Forurening er noget man tager meget alvorligt hos First Solar og ifølge fabrikkens materiale er der ingen anden teknologi med så lavt et "CO2-footprint" forbrug af vand etc.
Genbrug er også noget man tager meget alvorligt og udnyttelsen af Cd og Te er indtil videre omkring 90%.

http://www.firstsolar.com/en/About-Us/Corp...

Måske mangler der lidt i debatten, hvor der fokuseres meget på procenter, at CdTe-panelerne allerede er mere effektive end siliciumpanelerne de steder, hvor de typisk er placeret.

The modules themselves, the company outlines in the report, are up to 9% more efficient that C-Si modules when temperature coefficient, spectral response and shading performance are considered.

  • 0
  • 0