Norska forskare vid Universitetet i Oslo förutspår att solceller om fem till sju år kommer att vara mycket billigare och bara en tjugondel så tjocka som dagens solceller. Deras hemlighet är så kallade microbeads.
Över 90 procent av elektriciteten från solceller genereras idag med hjälp av kiselplattor. Problemet med detta är att det vid tillverkningen av solceller går åt fem gram kisel för varje watt. Med tanke på att det världen över produceras mellan fem och tio miljarder solpaneler varje år, med en total effekt på cirka 30 gigawatt, går det därför åt stora mängder kisel.
Trots att kisel är ett av de vanligaste grundämnena på jorden förekommer rent kisel inte i naturen, eftersom det lätt bildar kemiska bindningar med andra ämnen. För att en kiselplatta ska kunna användas i en solcell måste den bestå till minst 99,9999 procent av rent kisel. Rent kisel måste därför framställas i smältverk vid en temperatur på 2 000 grader Celsius, vilket kräver stora mängder energi. Då detta kisel sedan skärs till för att användas i solpaneler går dessutom hälften av materialet förlorat i form av sågspån.
- Runt 100 000 ton kisel konsumeras varje år, men någonting är uppenbarligen fundamentalt fel när hälften av detta kisel måste kastas bort under tillverkningsprocessen, säger Erik Marstein, som är chef för Norwegian Research Centre for Solar Cell Technology, forskningsledare för solcellavdelningen vid Institute for Energy Technology (IFE) i Kjeller utanför Oslo och docent vid institutionen för fysik vid Universitetet i Oslo.
Tunnare solceller
Tillsammans med professor Aasmund Sudbø vid institutionen för fysik vid Universitetet i Oslo leder Marstein utvecklingen av en ny generation solceller, som beräknas vara på marknaden om fem till sju år.
- Den mest uppenbara vägen framåt är att göra väldigt tunna solcellsskivor, utan att öka kostnaderna, säger Marstein.
Marstein säger också att de solceller de håller på att utveckla är minst lika bra som nuvarande solceller, men att förbrukningen av kisel tack vare att de är så tunna kan minskas med så mycket som 95 procent. Eftersom de tunna solcellerna kan tillverkas genom att till exempel odla tunna kiselfilmer blir dessutom den mängd kisel som måste kastas minimal.
Det finns emellertid en hake. Solceller som är tunnare fångar inte upp lika mycket solljus. Detta beror på att ljus av olika färger har olika våglängder. Medan blått ljus, som har kort våglängd, kan fångas upp av kiselplattor som bara är några mikrometer tjocka krävs det för att fånga rött ljus, som har längre våglängd, kiselplattor som är nästan en millimeter tjocka och för att fånga infrarött ljus krävs ännu tjockare plattor. Med en solcellsplatta som är så tunn som 20 mikrometer, vilket är vad de norska forskarna siktar på, passerar med andra ord stora delar av ljuset rakt igenom utan att generera någon elektricitet.
Tjockleken kan fördubblas med hjälp av en spegel, som genom att den reflekterar ljuset gör att det passerar genom plattan två gånger. På detta vis kan tjockleken i teorin ökas till 40 mikrometer, men det är fortfarande inte tillräckligt.
Trollar med ljus
För att förlänga ljusets väg genom solcellen ytterligare har Marstein och Sudbø fått ta till ett annat knep.
- Vårt trick är att lura ljuset att stanna kvar längre i solcellen, förklarar Marstein.
Detta trick åstadkoms med hjälp av ett speciellt bakstycke, som tvingar ljuset att gå i sidled och därigenom gör den upplevda tjockleken 25 gånger tjockare.
De har redan räknat ut hur bakstycket måste se ut och håller nu på att studera vad de kan använda för att få det att fungera. Ett lovande alternativ är att täcka bakstycket med så kallade microbeads, skapade på 1970-talet av norrmannen John Ugelstad. Microbeads, som är mycket små plastkulor med exakt samma storlek, lämpar sig väl för uppgiften eftersom de kan fås att ligga tätt tillsammans i ett nästan perfekt periodiskt mönster.
- Vi undersöker nu om denna och andra metoder kan skals upp för industriell produktion. Vi tror starkt på detta och för närvarande för vi samtal med flera partners från industrin, men vi kan inte säga vilka än, säger Marstein.
Forskarna tror dessutom att mängden solljus som kan fångas upp av solcellerna kan ökas ytterligare med hjälp av asymmetriska mikrofördjupningar i kiselpattorna och att kiselförbrukningen på så vis kan minskas ytterligare.
