Teknologi

“Regnfrakke” kan bane vej for næste generation af solceller

Perovskit-solceller kan blive både billigere og mere effektive end dagens teknologi. Men de mest lovende varianter indeholder bly. Nu har forskere fundet en måde at gøre et blyfrit alternativ langt mere robust.

solceller
Peter Engels RymingTekst afPeter Engels Ryming

Solceller er allerede installeret på millioner af tage. Men den teknologi, der på sigt kan afløse eller supplere de klassiske siliciumceller, har stadig et ret giftigt problem. Mange af de mest effektive såkaldte perovskit-solceller indeholder nemlig bly.

Det har fået forskere til at lede efter alternativer, og tin har længe været blandt de mest lovende kandidater. Problemet er bare, at tinbaserede perovskitter hidtil har været notorisk sarte. Fugt og ilt kan hurtigt ødelægge materialet og sende ydelsen ned. Nu mener et amerikansk forskerhold at have fundet en løsning, der kan bringe blyfri perovskit-solceller et vigtigt skridt tættere på praktisk anvendelse.

Forskerne har udviklet en ny tinbaseret perovskit, hvor materialets struktur i praksis fungerer som en slags indbygget regnjakke mod vand og ilt. Resultaterne er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature Materials. 

Artiklen fortsætter efter annoncen

Holder på 95 procent efter 1.600 timer

Ud over at kunne tåle. mere fugt, giver opdagelsen en væsentlig bonus. Solceller fremstillet med den nye konstruktion nåede en virkningsgrad på 16,2 procent. Det placerer dem blandt de bedre resultater for blyfri, tinbaserede perovskitceller. 

Endnu vigtigere er holdbarheden. Efter 1.600 timer i tør luft havde de bedste testceller stadig mere end 95 procent af deres oprindelige effektivitet. I en hårdere test med konstant kunstigt sollys og en temperatur på 55 grader havde cellerne stadig 80 procent tilbage efter 1.000 timer. 

Det lyder måske ikke voldsomt sammenlignet med et almindeligt solpanel, der forventes at sidde på et tag i årtier. Men for tinbaserede perovskitter er stabilitet netop en af de helt store barrierer. En ny gennemgang af forskningsområdet konstaterer da også, at kommercialisering stadig kræver både højere effektivitet, længere levetid og mulighed for produktion i stor skala. 

Et lille kemisk trick gør forskellen

Gennembruddet handler grundlæggende om, hvordan molekylerne pakkes sammen. Forskerne sammenlignede en række næsten ens organiske molekyler, hvor blandt andet fluor, klor og brom blev brugt som byggesten. Den klorholdige variant viste sig at danne en særlig tæt struktur omkring det følsomme tinbaserede materiale.  Det gør det vanskeligere for både ilt og vand at trænge ind.

Artiklen fortsætter efter annoncen

I laboratoriet var forskellen markant. Hvor traditionelle tin-perovskitter kan begynde at blive nedbrudt efter timer eller få dage i almindelig luft, bevarede det nye materiale sine egenskaber i månedsvis. Materialet kunne ifølge forskerne endda ligge i vand i flere dage uden at gå i opløsning. 

– Det spændende er, at en relativt lille ændring i materialets design giver så stor en forbedring af stabiliteten, siger Christopher T. Triggs, der er førsteforfatter på studiet. 

Derfor er bly overhovedet et problem

Perovskit er interessant, fordi materialet absorberer sollys meget effektivt og kan fremstilles i ekstremt tynde lag. Det åbner blandt andet mulighed for lettere og potentielt billigere solceller og for tandemsolceller, hvor perovskit lægges oven på en traditionel siliciumcelle, så en større del af sollyset kan udnyttes. Det amerikanske energiministerium fremhæver netop lavere produktionsomkostninger og høj effektivitet som nogle af teknologiens store potentialer.

Men de bedst ydende perovskitter er typisk baseret på bly.

Artiklen fortsætter efter annoncen

Blyfri varianter har derfor en åbenlys miljømæssig fordel, men de halter fortsat efter på både effektivitet og holdbarhed. En forskningsgennemgang fra tidligere i år beskrev en maksimal effektivitet på omkring 17 procent for tinbaserede celler, mens blybaserede perovskitter ligger betydeligt højere.  Det nye studie løser altså ikke alle problemerne. Men det angriber måske det vanskeligste af dem.

Hvornår lander de på dit tag?

De 1.600 timers test skal ikke forveksles med, at forskerne nu har udviklet et færdigt solpanel med 20 eller 30 års dokumenteret levetid. Der er fortsat stor afstand fra en lille laboratoriecelle til et stort panel, der skal overleve frost, sommervarme, regn og tusindvis af døgn udendørs.

Men udviklingen er interessant, fordi forskerne tilsyneladende har forbedret holdbarheden uden samtidig at ofre effektiviteten.

– Det giver os en ny strategi til at gøre tinbaserede perovskit-solceller både effektive og langt mere robuste, siger Kai Zhu fra National Laboratory of the Rockies, der er medforfatter på studiet. 

MERE OM SAMME EMNE:

Forskerne og Wisconsin Alumni Research Foundation har allerede indsendt en fælles patentansøgning på materialet. 

Det er med andre ord stadig for tidligt at fjerne de almindelige siliciumsolceller fra taget. Men hvis blyfri perovskitter kan bevare både effektivitet og stabilitet i årevis frem for timer, er en af de væsentligste forhindringer på vejen mod en ny generation af solceller blevet lidt mindre.

Tak fordi du læser med. Synes du, artiklen var værd at læse? Giv den et like, så hjælper du andre læsere med at finde den. Levede den ikke op til dine forventninger, må du også gerne give den et dislike. Tak for din vurdering.

LÆS OGSÅ