Milepæl for Risø DTU: Plastsolceller går i masseproduktion

Ti års forskning på Risø DTU og et samarbejde med nordjyske Mekoprint sender nu de første plastsolceller i masseproduktion.

Skt. Hans Aften rullede de første 100 meter solceller af polymer gennem trykkemaskinen hos printelektronikvirksomheden Mekoprint i Støvring i Nordjylland.

Trykningen var en afgørende milepæl i det ti år lange forskningsarbejde på Risø DTU om at skabe en plastsolcelle, der kan sættes i masseproduktion.

»Plastsolceller er stadig et ungt og umodent produkt i forhold til de mere end 50 år gamle siliciumceller, men på længere sigt, når cellens ydelse og holdbarhed har fået nogle nyk opad, mener vi, at polymersolcellerne kan producere billig, bæredygtig strøm til elnettet,« siger specialkonsulent på Risø DTU Hanne Lauritzen.

Plastsolcellerne på den nye produktionslinje hos Mekorprint produceres ved, at en rulle folie gennemgår en serie trykke- og renseprocesser og derved bliver til en rulle færdigt indkapslede solceller, som efterfølgende skæres ud efter kundens ønsker. Her ses solcellerne før indkapsling. Foto: Risø DTU/Mekoprint. Foto: Sønderberg Petersen, Leif

Læs også: Sådan virker plastsolcellerne fra Risø DTU

Produktionsprocessen af plastsolcellerne, som er etableret hos Mekoprint, kører rulle til rulle, så den kan produceres på en langt større skala end konventionelle solceller. Denne rulleproces kan i dag give celler med 1-3 pct. effektivitet afhængig af cellens udformning, hvilket er væsentligt ringere end den effektivitet, vi ser på markedet i dag.

Ved løbende forbedringer regner partnerne dog med at nå op på en effektivitet på omkring 10 procent, hvilket er set som det maksimalt mulige i dag for plastsolceller. Derved kan de gå i direkte konkurrence med tyndfilmceller og på sigt også siliciumceller, fortæller Hanne Lauritzen. Det betyder, at man på en god, varm sommerdag kan få omkring 100 watt ud af en kvadratmeter solceller af polymer.

»Men for os er det vigtigt ikke at se på effektiviteten alene. Dagens effektivitet passer godt til f.eks. LED-lamper eller en aktiv sensor, og når den samtidig er bøjelig og kan monteres på krumme flader, har den allerede nu en konkurrencefordel,« vurderer Hanne Lauritzen.

Integrering i displays og sensorer

Mekoprint har længe haft øjnene op for at producere plastsolceller, som virksomheden har planer om at integrere i sine allerede eksisterende produkter, dvs. som integreret strømforsyning i displays og sensorer. Desuden er det Mekoprint, der som industripartneren kommer til at stå for salg og distributionen.

Desuden er det lykkedes at få levetiden på cellerne op. Plastsolceller har afhængig af forholdene haft en levetid på op mod blot et år, men denne kurve er ved at blive knækket, fortæller Hanne Lauritzen. Partnerne arbejder løbende på at forbedre levetiden, heriblandt en løsning med at indkapsle cellen i glas, så den er robust nok til et system, hvor der skal produceres strøm til nettet.

»Vores glasindkapslede celler er væsentligt mere stabile udendørs end forventet, og resultater så langt peger i retning af flere års udendørs levetid. Dog er det et stykke vej, til vi kan garantere 20-25 års levetid, som siliciumcellen præsterer,« siger hun.

Prismæssigt satser Risø DTU imidlertid på, at polymercellerne kan blive billige i produktion, når teknologien er mere moden. Ifølge Hanne Lauritzen ligger produktionsprisen på Risøs pilotanlæg lige nu på omkring 60 kr. (8 euro) pr. produceret watt, mens målet er at få dem ned under 4 kr. (0,5 euro) pr. watt, når den kommer op i storskalaproduktion.

Kræver mindre strøm at producere

Især er der fordele at hente i produktionen. Anlæggene er knap så komplicerede og dyre, som når der skal laves siliciumceller, hvorfor også mindre virksomheder kan være med. Desuden kræves der ikke renrum og energikrævende ovne, der skal op på 1.800 grader for at producere den højrene silicium, som anvendes til solceller. Polymerceller kræver blot 140 grader.

For Mekoprint vil arbejdet ligge i at gøre produktionen stabil og hurtig med en ensartet kvalitet. Her gælder det om at finde de optimale punkter for trykhastighed, afstand mellem trykkehoved og substrat, væskeflow og ovntemperatur.

Risø DTU og Mekoprint vil fremover arbejde med at forfine processerne, mens solcellevirksomhederne Gaia Solar og Faktor 3 arbejder med at udvikle nye anvendelse for cellerne.

For to år siden lavede de det første prøvetryk på 2.124 plastsolceller, der blev til på en gængs silketrykmaskine. Solcellerne havde en ganske lille effekt - 0,1 procent - og blev kendte under Roskilde Festivalen, da Risø DTU brugte dem på solhatte og parasoller, der skulle lade miniradioer op.

Løbende materialeudvikling

I dag er silketrykket afløst af slot-die-coating-teknologien, som har vist sig bedre egnet til det meget tynde blæk, der udgør solcellen. Ved silketrykmetoden var det nemlig nødvendigt at tilsætte 'jævning', der gjorde blækket tykt nok til coatingen, hvilket var med til at sænke effektiviteten, forklarer Hanne Lauritzen.

Hun understreger, at de også siden dengang har udviklet bedre blæk, der er nemmere at arbejde med og mere effektivt. I første omgang bliver der dog benyttet velkendt standardblæk for at få produktionen i gang. Når nye blæktyper så er afprøvet hos Risø, bliver de løbende implementeret hos Mekoprint.

På trapperne er der både vandbaseret blæk og blæk, der giver en højere ydelse ved at det aktive solcellemateriale polythiophene er skiftet ud med en polymer, som høster mere sollys end polythiophene, fortæller Hanne Lauritzen.

Endnu er det blot Risø DTU/Mekoprint og det amerikanske selskab Konarka, som nu kan masseproducere polymerceller, og derfor håber Hanne Lauritzen, at banen er banet for et kommende eksporteventyr.

»Det kan betyde meget for kommende arbejdspladser, men også for vores mål om at lave nye produkter, der kan drives på bæredygtig energi,« siger hun, uden dog at ville afsløre, hvad Risø DTU har i støbeskeen af kommende samarbejder på produktfronten.

Se i grafikken, hvordan solcellen er sat sammen.

Kommentarer (1)