Udvikling af mere effektive solceller

De robuste og velkendte siliciumsolceller skal gøres endnu bedre, ved at der lægges et nyt solcellemateriale oven på silicium, som dermed bliver til en tandemcelle. Det nye materiale absorberer det synlige lys bedre og kan derfor gøre tandemcellen op til 50 pct. bedre end den normale siliciumcelle.

Pressemeddelelse kl. 08.00 den 30. december 2016

Skal det fossile energiforbrug bringes ned i Danmark og på verdensplan, er der kun én realistisk mulighed, nemlig brug af bæredygtig energi som vind- eller solenergi. Solenergi har det fantastiske potentiale, at der er nok til at dække verdens energiforbrug tusinder af gange. Men det kræver billige, effektive og miljøvenlige solceller.
 
En gruppe universitetsinstitutter er gået sammen med tre danske virksomheder for at forbedre materialet CZTS (kobber-zink-tin-svovl), således at det kan få en højere effektivitet og indgå som øverste lag i en tandemcelle. CZTS er den alternative løsning for ALTCELL-projektet som et billigt, miljøvenligt og tilgængeligt materiale, der matcher silicium rigtig godt.
 
- En fungerende tandemcelle baseret på silicium og CZTS vil være en verdensnyhed. Med et effektivt solabsorberende øverste lag af CZTS er der et enormt perspektiv. En mere effektiv tandemcelle kan nemt bygges ind i solcellesystemer, kræver ikke mere plads eller større installationsomkostninger end en normal siliciumcelle og er fuldt ud kompatibel med de nuværende produktionsprocesser i industrien, siger Jørgen Schou, Seniorforsker og Gruppeleder på DTU Fotonik.
 
Et anlæg med den nye type solceller, hvad enten der er tale om en solcellepark eller om paneler på et hustag, vil kunne holdes nede på samme prisniveau som i dag. Det vil betyde, at solcellernes væsentligt hurtigere vil tjene sig selv hjem på grund af den forøgede effektivitet. Det er målet, at CZTS-toplagets effektivitet skal være på 7 til 10 pct. og være tilpasset siliciumcellen nedenunder, når projektet afsluttes efter tre år. Det vil sige, at 7 til 10 pct. af den energi, der kommer fra solen, bliver omdannet til el af solcellen. I dag ligger den maksimale udnyttelse på 5 pct.
 
Dernæst er målet, at effektiviteten skal endnu højere op.
 
ALTCELL er et bredt samarbejde mellem danske og udenlandske universitetsinstitutter og tre danske virksomheder, som i fællesskab skal bringe os et langt skridt på vejen mod en effektiv tandemcelle af CZTS og silicium. Dette vil give danske virksomheder en unik mulighed for at få del i det lukrative og eksplosivt voksende solcellemarked, både som materialeleverandører samt inden for procesteknologi hertil.

Projektets partnere

DTU Fotonik er et institut på Danmarks Tekniske Universitet med cirka 240 medarbejdere, der arbejder med lys-videnskab, herunder alle former for brug af lys og lyskommunikation. Mikro-gruppen arbejder med optiske materialer, der kan bruges til solceller, og har årelang erfaring i at producere tynde film, bl.a. til solceller. Gruppen har netop i samarbejde med DTU Nanotech og DTU Energi ved en lovende ny metode på rekordtid opnået en effektivitet på mere end 5 pct. for CZTS-solceller. Det vil sige, at mere end 5 pct. af den energi, som solen giver til solcellen, bliver omformet til el.

DTU Nanotech er et institut på Danmarks Tekniske Universitet med 215 medarbejdere, der arbejder med mange aspekter af nanoteknologi. Instituttet arbejder også i vidt omfang med solceller og fotoelektrisk katalytisk produktion af brint. Gruppen samarbejder med DTU Fotonik og DTU Energi og har netop opnået en effektivitet på mere end 5 pct. for CZTS solceller.

DTU Energi er et institut på Danmarks Tekniske Universitet med omkring 230 ansatte, der arbejder med funktionelle materialer og deres anvendelse i bæredygtige energiteknologier, lige fra solceller af forskellig type til termoelektriske materialer. Instituttet har i samarbejde med DTU Fotonik produceret tyndfilm, bl.a. til solcellematerialer, men har i øvrigt arbejdet med en bred vifte af energimaterialer.

Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet har gennem en årrække beskæftiget sig med silicium og andre halvledere og har derfor i halvledergruppen oparbejdet en international ekspertise i silicium med det formål at opnå en høj effektivitet. Gruppen har udstyr med hvilket silicium kan undersøges for defekter, der kan nedsætte effektiviteten.

School of Materials Science, Nanyang Technological University, Singapore samarbejder allerede nu med DTU om CZTS-solceller. Instituttet har erfaring i lignende solceller med selen i stedet for svovl og har rutinemæssigt opnået effektiviteter på 5-6 pct. med selenid-celler. Den lokale solcellegruppe har også deltaget i projekter med organiske celler.

Haldor Topsøe er et internationalt ledende, større firma i udvikling og produktion af katalysematerialer og har en enestående kompetence i funktionel uorganisk kemi og synteser. Haldor Topsøe ønsker at bruge sin ekspertise i faste brændselscelle-oxider og batterimaterialer til at udvikle et bedre udgangsmateriale til CZTS-absorber-materialet.

Inmold er et mindre firma med fokus på fabrikationsmetoder i nano-skala, som blandt andet er specialiseret i ultralyds-aktiveret spraycoating med blæk af nanopartikler, således at overfladen af den coatede overflade bliver homogen. Denne metode skal bruges til produktion af større flader med CZTS, som så kan bruges i storskalaproduktion af CZTS-absorbere i tandemsolcellerne.

Dansk Solenergi er et mindre firma, som er specialiseret i at fremstille moduler af traditionelle siliciumsolceller. Selskabet vil stille industrielle faciliteter til rådighed, således at CZTS kan på-sprayes siliciumceller under realistiske produktionsforhold, hvilket er en verdensnyhed.

Investering

  • Innovationsfonden: 24 mio.
  • Samlet budget: 30 mio.
  • Varighed: 3 år
  • Investeringsprogram: Grand Solutions
  • Officiel titel: ALTCELL CZTS - den alternative løsning på miljøvenlige solcelle absorber-lag af tilgængelige materialer på silicium-baserede tandem celler. 

Samfundspotentiale

  • I dag svarer den samlede elproduktion fra solceller i Danmark til cirka 2 pct. af det samlede danske elforbrug.
  • En tandemcelle har fået sit navn, fordi den består af to lag. Og i projektet ALTCELL vil det nederste lag bestå af silicium, som også benyttes i solceller i dag. Det øverste lag vil bestå af materialet CZTS, som består af kobber, zink, tin og svovl.
  • Projektets formål er at gøre solceller mere effektive, og CZTS-toplagets effektivitet skal efter den treårige projektperiode gerne være oppe 7 til 10 pct. forstået på den måde, at det er den andel af solenergien, der bliver omdannet til el. Sidenhen håber forskerne at kunne få effektiviteten helt op på 15 til 20 pct., så toplaget kan bruges til en virkningsfuld tandemcelle, der kan opnå en effektivitet, som er 50 pct. højere end en normal siliciumcelle.

Kontakt

DTU Fotonik, Seniorforsker, dr. scient, Jørgen Schou
Tlf. 4677 4755

DTU Nanotech, Professor, Ole Hansen
Tlf. 4525 5715

DTU Energi, Professor, Nini Pryds 
Tlf. 4677 5752                                                                                                                                                                               

Institut for Fysik og Astronomi, Professor, Peter Balling
Tlf. 8715 5849

Nanyang Technological University, Singapore, Associate prof. Yeng Ming Lam
Mail: YMLam@ntu.edu.sg                                                     

Haldor Topsøe A/S, R&D Director, Søren Dahl
Tlf. 4139 0316

Inmold A/S, Direktør, Guggi Kofod
Tlf. 5197 4724                                                                                                                                                                  

Dansk Solenergi, Direktør, Ken H. Jensen
Tlf: 3536 7777

Konstitueret kommunikationschef, Thomas Bjerre
Mail: thomas.bjerre@innofond.dk
Tlf. 61905019