Hver eneste time kaster Solen mere energi på Jorden, end menneskeheden forbruger på et helt år.
Hvis vi kan høste Solens vedvarende energikilde effektivt, kan vi i fremtiden dække en væsentlig del af vores elforbrug med solenergi.
Når man snakker solcellers effektivitet, taler man om den del af energien fra sollys, som solcellen kan omdanne til elektricitet. Så hvis en bestemt solcelle har en effektivitet på 25 procent, vil en fjerdedel af alt det sollys, der rammer cellen, kunne anvendes til elektricitet.
I skrivende stund kan de mest effektive solceller konvertere 23 procent af sollyset til brugbar elektricitet - 29 procent under ideelle vejr- og vindforhold - mens gennemsnittet for alle solceller ligger mellem 15-20 procent.
Nu melder kinesiske og japanske forskere om store gennembrud i bestræbelserne på netop at øge solcellers effektivitet.
Og det er takket være et særligt ‘’mirakelmateriale’’, der ifølge forskerne ikke blot kaster mere energi af sig, men også kan masseproduceres langt billigere end traditionelle siliciumceller.
Undersøgelsen fra Nanjing University viser, at materialet perovskit i kombination med silicium - en såkaldt tandemsolcelle - kan øge effektiviteten til over 30 procent. Og undersøgelsen præsenterer endda en optimistisk udsigt til ''solceller med en effektivitet på langt over 35 procent'', der kan bidrage væsentligt til de globale bestræbelser på en hurtig omstilling til vedvarende energi.
"At overvinde denne tærskel giver tillid til, at højtydende, billige tandemsolceller snart kan bringes på markedet," siger Tan Hairen, der er medforfatter og professor ved College of Engineering & Applied Sciences på Nanjing University.
En billig solcelle i to lag
En global mangel på silicium har fået forskere verden over til at eksperimentere med alternative materialer til solcelleproduktion.
Perovskit er et mineral med unikke optiske og elektroniske egenskaber, hvilket gør det til et lovende materiale i produktionen af solceller.
De kinesiske og japanske forskere har forsøgt sig med tilføjelsen af et lag perovskit oven på solcellernes klassiske silicium-lag, og denne tendemsolcelle har vist sig i stand til at forbedre effektiviteten markant.
Tandemsolcellen fungerer ifølge undersøgelsen ved, at perovskit-laget absorberer kortbølget sollys, mens silicium-laget indfanger langbølget sollys.
Det øger solcellens samlede indfangning af sollys, og når den enkelte celle absorberer mere energi, så bliver prisen på solenergi endnu lavere, hvorfor udbredelsen af solcellerne kan gå hurtigere.
Selvom tandemsolceller stadig kræver produktion af de noget dyrere siliciumceller, så kræver de mindre mængder silicium i produktionen. Og da tandemsolcellerne forbedrer effektiviteten generelt, skal der installeres færre solceller og dermed anvendes mindre mængder silicium for at udvinde samme mængde energi.
Lær fremtidens solceller at kende her
- Perovskit er et mineral, der blev opdaget i Uralbjergene i Rusland i 1839.
- Det har en særligt type krystallinsk cellestruktur, og består af calcium, oxygen og titanium.
- På grund af perovskit-cellers høje effektivitet, lave pris og minimale miljøpåvirkning anses de for at være en af de mest lovende teknologier til effektiv og billig solenergi.
- Perovskit-mineraler har en særligt fintmasket nano-struktur, der gør dem bedre til at indfange lys end klassiske silicium-solceller.
- Perovskits egenskaber gør det muligt at høste energi fra en større del af Solens lys.
- Solceller belagt med perovskitfilm er lette, fleksible og kan nemt fastgøres på næsten enhver overflade for at producere elektricitet, selv inde i bygninger.
- Perovskit-materialer er også såkaldte superledere, der kan lede elektricitet helt uden modstand.
- Forskernes nye perovskit-silicium-tandemsolceller kombinerer de bedste egenskaber fra krystallinsk silicium og tidligere generationer af tyndfilmssolceller for at give høj effektivitet og forbedret praktisk anvendelighed. De er fremstillet af silicium og perovskitkrystaller og består af lag fra de forskellige materialer.
- Tandemsolcellerne øger de åbne kredsløbsspændinger, hvilket giver mulighed for øget strømkonvertering.
Medforfatter og professor Tan Hairen er overbevist om, at tandemsolceller af perovskit og silicium snart vil bane vejen for masseproduktion af ultra-effektive og billige solceller.
"Råmaterialerne til fremstilling af perovskitceller er billige og rigelige, hvilket gør produktionsomkostningerne for disse celler til kun en tyvendedel af traditionelle siliciumceller. Desuden er de lettere at producere og kan fremstilles på en enkelt fabrik," siger han.
Tårnhøje forventninger
Perovskit er ikke ligefrem nyt.
Den anerkendte professor i materialevidenskab Zeev Valy Vardeny fra University of Utah beskrev i 2017 perovskit som "et utroligt mirakelmateriale", efter det allerede dengang viste tegn på, at kunne forbedre solcellers konvertering af sollys til elektricitet.
Forskere har altså allerede kendt til materialets potentiale i solceller, men den nye undersøgelser præsenterer de første endegyldige beviser på dets stærke virkning.
Derfor er forventningerne til solceller af perovskit højere end nogensinde før, og spørgsmålet er, om det leve op til dets årelange hype.
I første omgang vil forskerne forsøge at skalere de nye modeller til brug i den virkelige verden. Mens centimeterbrede solceller er gode i laboratoriet, er kommercielle solceller normalt omkring 15 kvadratcentimeter og altså meget større.