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
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.«
