Nanomønster gir billigere solstrøm

Mønstrede solceller er mer effektive til å lage strøm av lys. Solcellene kan dermed lages tynnere og kostnadene kuttes.

Solceller lages, som oftest, av en tynn skive silisium skåret av en blokk – omtrent som skiver skåret av et brød. Ved å skjære skivene tynnere blir solcellene billigere.

-”Ikke gå ned på effektivitet” er et mantra i solcelleindustrien nå, forteller Jo Gjessing, som nylig tok doktorgrad på effektive, tynne solceller.

Tiltak for å kutte kostnader må altså ikke gå på bekostning av effekten til solcellene, de skal fremdeles installeres. Etter hvert som solcellene har blitt billigere utgjør installasjon av panelene en stadig større del av prisen på solstrøm.

Kutter silisiumbruk med 95 prosent

Dagens solceller er mye tykkere enn de trenger å være, mener Jo Gjessing, som har sett på muligheten for å lage høyeffektivitets silisium solceller med en tidel av den vanlige tykkelsen.

Når solcellene blir så tynne kan skivene lages på annen måte enn saging. Metoden gir mindre svinn, og materialbruken blir redusert til 1/20 sammenliknet med tradisjonell saging.

Utfordringen er å fange like mye lys som i en tykkere skive. En tynn skive blir nesten gjennomsiktig og slipper mye av lyset tvers gjennom.

Sperrer lyset inne i solcella

Fotoniske krystaller: Ulike mønstre i nanostørrelse reflekterer lyset forskjellig og gir opphav til fargespillet. Foto: Hilde Lynnebakken

Løsningen Gjessing har undersøkt er å lage mønster utformet slik at lyset blir reflektert tilbake inn i solcella. Lages mønsteret smart nok blir lyset fanget inne i materialet.

–Jeg har studert fotoniske krystaller, ørsmå strukturer for å styre og kontrollere lys, forteller Gjessing.

For å kunne manipulere med lys må mønsterstørrelsen være tilnærmet bølgelengden til lyset. Det vil si rundt 500-1000 nanometer, eller en hundredel av tykkelsen til et hårstrå.

Målet er å reflektere lyset i størst mulig vinkel. Når lyset treffer solcelleoverflaten innenfra med stor nok vinkel reflekteres det tilbake inn i cella igjen. På den måten sperres lyset inne i solcellene.

Fant det perfekte mønster

Fakta

Solceller og solstrøm

Solceller omdanner sollys direkte til elektrisitet.

Solstrøm har vokst med gjennomsnittlig 30 prosent hvert år de siste 20 årene, mens prisen har falt med 20 prosent årlig i flere år. De siste årene har veksten vært enda større: I perioden 2005-2010 var årlig vekst hele 65 %.

Bare i 2011 økte solcelleinstallasjon i verden med 70 %. Prisreduksjonen i fjor var på hele 45 prosent, og prisene faller fremdeles.

Europas solcellepaneler produserer ca 60 milliarder kWh på et år, 2 prosent av elektrisitetsforsyningen.

 

Kilder: Solarbuzz., SolarServer, EPIA

Gjessing simulerte ulike mønstre med dataprogrammer. –Jeg så på sylindre, omvendte pyramider og halvkuler. Disse ga alle gode resultater, men teoretisk var det mulig å gjøre det enda bedre. I simuleringene fant jeg at ved å bryte symmetrien i mønstrene er det mulig å få lysfanging nær opp til det teoretisk best oppnåelige.

I doktorgraden undersøkte Gjessing også hvordan mønstrene kunne produseres, og testet ut to ulike produksjonsmetoder med potensial for storskala produksjon. Den ene heter nanoimprint og går ut på å bruke et stempel til å lage mønsterne, mens den andre benytter små kuler som selvorganiserer som fotoniske krystaller.

Gjessing fortsetter med solcelleforskning ved Institutt for energiteknikk også etter endt doktorgrad. –Jeg føler at jeg gjør noe som er positivt for verden, sier han.

Solcellebransjen er veldig dynamisk: Siden jeg begynte på doktorgraden for fire år siden er produksjonen nesten ti-doblet (3GWp installert i 2007, 27GWp i 2011).

–Vi flikker ikke på gammel teknologi. Akkurat nå er det mange konkurrerende teknologier, og det er ikke klart hvilke som vinner til slutt. Det er veldig utfordrende og morsomt å være en del av den rivende utviklingen.

Norske medier har skrevet en del i det siste om mørke tider for solcelleindustrien. Gjessing er ikke enig: –For solstrøm i verden har situasjonen aldri vært bedre, men det er klart det er urolig for industrien.

–Jeg er veldig optimistisk på solcelleteknologiens vegne, avslutter han, men hvem som kommer til å være de dominerende aktørene de neste tiårene er vanskelig å spå.

Av Hilde Lynnebakken
Publisert 14. mai 2012 09:32 - Sist endret 22. feb. 2019 07:48