Av Birgit Ryningen, forsker, SINTEF Materialer og kjemi
og Gaute Stokkan, forsker, SINTEF Materialer og kjemi
Innlegget sto første gang i Dagens Næringsliv, fredag 5. desember 2014
Med Norge langt framme i feltet, jobber forskere i flere land mot to mål på en gang. Vi prøver å skape solceller som over sin levetid produserer mer strøm enn de nåværende – og det til en lavere kostnad per kilowattime enn solceller klarer i dag.
Dette er godt nytt for alle som ønsker økt produksjon av solcellematerialer i Norge. Norsk industri trumfer nemlig når utfordringene overgår det å levere standard produkter til standard pris.
Solceller av silisium er "arbeidshesten" innen solelektrisitet, med en markedsandel på 90 prosent. Globalt produseres solcellepaneler som aldri før. Bare i år blir det laget paneler med en kapasitet som utgjør det dobbelte av turbinparken i vannkraft-Norge. Men dette er en dråpe i havet, hvis verden skal erstatte fossilt brensel med fornybar energi. Arbeidshesten må settes i avl og få masse avkom med enda bedre egenskaper.
Viktige gittermønster
I silisium er atomene organisert i krystaller – velordnede gittermønster som kan gjenta seg sjøl i det uendelige. Krystallene dannes når superrent silisium smeltes om til blokker som det så sages solcelleskiver av. Antallet feil i gitteret er med på å avgjøre hvilke arbeidsvilkår elektronene får, og dermed hvor effektiv solcella blir.
Solcellesilisium deles inn i to familier. Monokrystallinsk silisium er én stor krystall, nesten uten gitterfeil. Her hjemme lager selskapene NorSun og Norwegian Crystals slike blokker. Disse er de dyreste å produsere. Men de skaper minst krøll for elektronene og gir derfor de mest effektive solcellene.
Den andre familien, multikrystallinsk silisium, består av mange krystaller og er utgangspunktet for de vanligste solcellene. Hver enkeltkrystall har et atomgitter som er vridd i forhold til naboen. Mellom seg har de ei grense bestående av avrevne atombindinger. Grensa utgjør én av flere typer krystallfeil som drar effektiviteten ned i slike solceller.
Økt virkningsgrad
Men forskning, blant annet i Norge, har gjort det mulig å redusere antallet krystallfeil og uskadeliggjøre mange av forurensningene i materialet. SINTEF og NTNU har bidratt med viktig viten som i dag gjør det mulig å forstå hva som skjer i materialet når solcellesilisium støpes ut til multikrystallinske blokker.
Nå prøver vi å styre disse fenomenene for å øke den elektriske virkningsgraden.
Produksjonstakt i fokus
Men virkningsgraden er bare en av faktorene som vil påvirke utbredelsen av elektrisk solenergi. Produksjonstakten i solcelleindustrien er en annen slik faktor. Den vil avgjøre om verden klarer å rulle ut kvadratkilometer på kvadratkilometer med rimelige solceller før det er for seint. Denne doble utfordringen gjenspeiles i forskningen. Ved SINTEF har vi søkt EUs nye rammeprogram om et prosjekt som kan gjøre multikrystallinske solceller langt mer effektive og samtidig øke levetida deres. Parallelt driver vi forskning som skal effektivisere produksjonen av både mono- og multikrystallinske solceller.
I dag lever multi- og monokrystallinsk silisium sammen på solcellemarkedet. Hva som vinner på sikt, avhenger av mange faktorer, ikke bare materialet i seg selv. Vi mener det er viktig for Norge å være med på begge løpene. Ut fra det som nå skjer på forskningsfronten, har vi et håp om at det går an å ta opp arven etter utflaggede REC og produsere multikrystallinsk silisium i Norge igjen – side om side med supermaterialet fra Norsun og Norwegian Crystals.
Vi som forsker på feltet, brenner for jobben vår. Framtidas solceller og måten de blir til på, vil nemlig langt på vei avgjøre om klimaproblemet kan løses.
