Øgning af den reelle levedygtighed for perovskit-solceller med amidinium

Gør den bedste solteknologi holdbar

De fleste solpaneler er baseret på to teknologier: polysilicium, som udgør størstedelen af dem, og tyndfilm cadmiumtellurid. Der findes dog en tredje måde at fremstille fotovoltaiske systemer på, som bruger et mineral kaldet perovskit.

Dette er lavet af calciumtitanoxid, og denne teknologi har gjort enorme fremskridt i de sidste par år. Fra laboratorieprototyper med kun 3,8 % lys‑til‑energi‑omdannelseseffektivitet i 2009, nåede de nåede 33,9 % i 2024 for et design af LONGi Green Energy Technology.

Perovskit-solpaneler har dog et stort problem: holdbarhed. De fleste perovskit-solceller holder kun et par år. Dette udelukker dem fra at blive brugt i kommercielle sammenhænge, da det ødelægger rentabiliteten af disse systemer, selv med højere effektivitet og lavere produktionsomkostninger.

Så længe de ikke kan matche polysiliciums holdbarhed på 2–3 årtier, vil perovskitter være dømt til niche‑anvendelser og laboratorieprototyper, og gå glip af det meste af den “nye solalder”, der allerede er over os.

Derfor er kunngjøringen av en metode for å forbedre perovskit‑stabiliteten tre‑fold en stor sak. Den ble utviklet av forskere ved Northwestern University (USA), Griffith University (Australia) og University of Toronto (Canada), som publiserte sine funn i det prestisjefylte tidsskrift Science under tittelen Amidination af ligander for kemisk og felt‑effekt passivering stabiliserer perovskit-solceller¹.

Fordele ved perovskitter

De største fordele ved perovskit er dens lave omkostninger og muligheden for at ”printe” solceller. En væsentlig faktor for de lavere omkostninger er, at den kan fremstilles ved stuetemperatur, i modsætning til silicium, som kræver flere hundrede grader.

Perovskitceller er også fleksible, hvilket åbner nye anvendelser som biltag og droner. Den absorberer også en større del af solens lys, førende til højere teoretisk effektivitet, på op til 40 %.

Titan er også et relativt udbredt metal, så det udgør et bedre alternativ til silicium end cadmiumtellurid. Dog er potentiel lækage af tunge metaller, især bly, en bekymring, der også skal adresseres.

Kilde: Research Gate

Det bør også bemærkes, at silicium‑perovskit‑tandemceller, som den udviklet af LONGi, er et alternativ til udelukkende perovskitsystemer.

Beskytte perovskitter mod nedbrydning

Typisk bruger perovskit-solceller et ammonium‑baseret belægningslag for at forbedre effektiviteten. Selvom det er effektivt, nedbrydes ammonium‑baserede lag under miljømæssig belastning, herunder varme og fugt. Dette skyldes, at ammoniummolekylet har en tendens til at nedbrydes under intens varme og vand.

Kilde: Frontiers

Dette er naturligvis langt fra ideelt for anvendelse af solpaneler i den virkelige verden, som skal kunne håndtere regn og varme sommerdage.

Her fandt forskerne i denne undersøgelse en løsning ved at bruge en anden type kvælstof‑baseret forbindelse: amidinium. Amidinium er ionen, der dannes fra amidiner.

Kilde: Wikipedia

Dette er en afvigelse fra tidligere forskning om perovskitter, som havde fokuseret på at forbedre stabiliteten af selve perovskitterne. I stedet forsøger denne at forbedre de beskyttende lag.

Radikal forbedring

Denne nye tilgang forbedrede ikke kun modstanden i belægningen på toppen af perovskitcellerne, men den øgede også den samlede holdbarhed af solpanelet.

“Den nye belægning var 10 gange mere modstandsdygtig over for nedbrydning sammenlignet med konventionelle ammonium‑baserede belægninger. Endnu bedre: de amidinium‑belagte celler tredoblede også cellens T90‑levetid — den tid det tager for en cells effektivitet at falde til 90 % af dens oprindelige værdi, når den udsættes for hårde forhold.”

Bin Chen –  Forskningsassociate professor i kemi ved Northwestern

Bygger på toppen af tidligere innovation

Dette er langt fra den første gennembrud fra dette forskningsteam.

Et andet medforfatters hold, Ted Sargent, udviklede i 2022 en perovskit-solcelle, der slog rekorder for energieffektivitet og spænding.

I 2023 introducerede hans team en perovskit-solcelle med en inverteret struktur, som også forbedrede dens energieffektivitet. De indarbejdede også flydende krystaller for at minimere fejl i perovskitfilmene, hvilket førte til forbedret enhedspræstation.

Det bør også bemærkes, at denne undersøgelse ikke kun blev udført af akademikere, men også blev støttet af både det private firma First Solar (FSLR ) og offentlige institutioner som Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology og U.S. Department of Energy.

Investering i solenergi

Produktionen af solenergi vokser konstant med tocifrede tal og vil være en nøglefaktor i at dekarbonisere økonomien. Den har stadig en meget lang vej at gå, da den overvældende majoritet af vores globale elproduktion, og endnu mere af den samlede energi, kommer fra fossile brændstoffer.

Gennem årene har sektoren udviklet sig til at belønne de største virksomheder, hvor stordriftsfordele er en nøglefaktor for at kunne generere profit i et meget konkurrencepræget miljø. Naturligvis udgør nye teknologier en potentiel forstyrrende faktor for etablerede polysilicium‑panelproducenter.

Du kan investere i solenergifirmaer gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien, såvel som mange andre lande.

Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke solenergifirmaer, kan du også kigge på ETF’er som Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), som vil give en mere diversificeret eksponering til at udnytte sol‑ og ren‑energi‑industrien.

Du kan også læse vores artikel om “Top 10 solenergi‑aktier at investere i”.

Solenergifirma

First Solar er den største producent af solpaneler i USA og i hele den vestlige halvkugle, med produktionssteder i USA, Malaysia og Vietnam.

Virksomheden bruger ikke den klassiske krystallinske siliciumteknologi, men i stedet sin proprietære tyndfilm‑fotovoltaik. Baseret på cadmium‑tellurid er de mere effektive, produceres til lavere omkostninger og kan let masseproduceres. Tyndfilm‑solpaneler er også mere holdbare og bevarer 89 % af den oprindelige ydeevne efter 30 år.

Kilde: First Solar

Cadmium og tellurid er biprodukter fra minedrift af andre metaller, hvilket betyder, at First Solar‑produkter har minimal påvirkning, da de bruger ressourcer, der tidligere havde begrænset anvendelse. Tyndfilm‑paneler kan også have en høj genanvendelsesrate.

First Solar’s teknologiske fordel, kombineret med deres geografiske placering, gør dem til den sandsynlige modtager af den stigende opfordring fra vestlige lande om at skaffe deres paneler uden for Kina.

Virksomheden øger hurtigt sin produktionskapacitet og sigter mod at nå en nominel kapacitet på 25 GW i 2026, fra de nuværende 11 GW.

I betragtning af deres involvering i den her diskuterede forskning, er virksomheden også tydeligt interesseret i perovskit, mindst så snart disse paneler er holdbare nok. De kommenterede i deres investorpresentations, at perovskit bør have en “udviklingslinje klar til at producere teknologiprøver, der simulerer produktionslignende forhold i Q4 2024”.

First Solar har brugt i alt 2 milliarder dollars på forskning og udvikling siden starten.

Samlet set er First Solar en teknologisk leder, der kan drage fordel af told på kinesiske importvarer, hvilket sandsynligvis vil kompensere for den negative effekt på solenergiindustrien fra Trumps genvalg.

Selvom de hidtil primært har fokuseret på tyndfilm‑solenergi med cadmium‑tellurid, kan deres ekspertise inden for fremstilling af ikke‑silicium‑solpaneler give dem et betydeligt forspring med perovskit, især i betragtning af deres tætte samarbejde med nogle af de førende forskere på dette område.

Studierreferencer:

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Amidination af ligander for kemisk og felt‑effekt passivering stabiliserer perovskit-solceller. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}