Øke den praktiske levedyktigheten til perovskittsolceller med amidinium

Gjør den beste solteknologien holdbar

De fleste solpaneler er basert på to teknologier: polysilisium, som utgjør majoriteten av dem, og tynnfilm kadmiumtellurid. Det finnes imidlertid en tredje måte å lage fotovoltaiske systemer på, som bruker et mineral kalt perovskitt.

Dette er laget av kalsiumtitaniumoksid, og denne teknologien har gjort enorme fremskritt de siste årene. Fra laboratorieprototyper med bare 3,8 % lys‑til‑strøm‑konverteringseffektivitet i 2009, har de nådd 33,9 % i 2024 for et design av LONGi Green Energy Technology.

Imidlertid har perovskitt‑solpaneler et stort problem: holdbarhet. De fleste perovskittsolceller varer bare noen få år. Dette gjør dem uegnet for kommersiell bruk, da det ødelegger lønnsomheten til disse systemene, selv med høyere effektivitet og lavere produksjonskostnader.

Så lenge de ikke kan måle seg med 2–3 tiårs holdbarhet til polysilisium, vil perovskitter være dømt til nisjeapplikasjoner og laboratorieprototyper, og gå glipp av mesteparten av den “nye solalderen” som allerede er over oss.

Dette er grunnen til at kunngjøringen av en metode for å forbedre perovskitt‑stabiliteten trefold er en stor sak. Den ble gjort av forskere ved Northwestern University (USA), Griffith University (Australia) og University of Toronto (Canada), som publiserte sine funn i det prestisjetunge tidsskriftet Science under tittelen «Amidinasjon av ligander for kjemisk og felt‑effekt passivering stabiliserer perovskittsolceller¹».

Fordeler med perovskitt

De viktigste fordelene med perovskitt er dens lave kostnad og muligheten for å ”trykke” solceller. En stor driver for den lavere kostnaden er at den kan produseres ved romtemperatur, i motsetning til silisium, som krever hundrevis av grader.

Perovskittceller er også fleksible, noe som åpner for nye bruksområder som biltak og droner. Den absorberer også en større del av solens lys, som fører til høyere teoretisk effektivitet, på opptil 40 %.

Titan er også et relativt rikelig metall, så det er et bedre alternativ til silisium enn kadmiumtellurid. Imidlertid er potensiell lekkasje av tunge metaller, spesielt bly, en bekymring som også må tas opp.

Kilde: Research Gate

Det bør også bemerkes at silisium‑perovskitt‑tandemceller, som den utviklet av LONGi, er et alternativ i stedet for kun perovskittsystemer.

Beskytte perovskitt mot nedbrytning

Vanligvis bruker perovskittsolceller et ammonium‑basert belegg for å øke effektiviteten. Selv om det er effektivt, brytes ammonium‑baserte lag ned under miljøstress, inkludert varme og fuktighet. Dette skyldes at ammoniummolekylet har en tendens til å brytes ned under intens varme og vann.

Kilde: Frontiers

Dette er selvfølgelig langt fra ideelt for praktisk bruk av solpaneler, som må tåle regn og varme sommerdager.

Her fant forskerne i denne studien en løsning, ved å bruke en annen type nitrogen‑basert forbindelse: amidinium. Amidinium er ionen som dannes fra amidiner.

Kilde: Wikipedia

Dette er en avvik fra tidligere forskning på perovskitt, som hadde fokusert på å forbedre stabiliteten til selve perovskittene. I stedet prøver dette å forbedre de beskyttende lagene.

Radikal forbedring

Ikke bare forbedret denne nye tilnærmingen motstanden til belegget på toppen av perovskittcellene, men den økte også den samlede holdbarheten til solpanelet.

“Det nye belegget var 10 ganger mer motstandsdyktig mot nedbrytning sammenlignet med konvensjonelle ammonium‑baserte belegg. Enda bedre: de amidinium‑behandlede cellene tredoblet også cellens T₉₀-levetid — tiden det tar for en cells effektivitet å falle 90 % av sin opprinnelige verdi når den utsettes for harde forhold.”

Bin Chen –  Forskningsassosiert professor i kjemi ved Northwestern

Bygge på toppen av tidligere innovasjon

Dette er på ingen måte den første gjennombruddet for dette forskningsteamet.

Et annet medforfatters team, Ted Sargent, utviklet i 2022 en perovskittsolcelle som slo rekorder for energieffektivitet og spenning.

I 2023 introduserte hans team en perovskittsolcelle med en invertert struktur, som også forbedret energieffektiviteten. De innlemmet også væskekrystaller for å minimere feil i perovskittfilmer, noe som førte til forbedret enhetsytelse.

Det bør også bemerkes at denne studien ikke bare ble utført av akademikere, men ble støttet av både det private selskapet First Solar (FSLR ), og offentlige institusjoner som Department of Commerce, National Institute of Standards and Technology og U.S. Department of Energy.

Investere i solenergi

Produksjonen av solenergi vokser stadig med tosifret vekst og vil bli en nøkkeldriver for å dekarbonisere økonomien. Den har fortsatt en lang vei å gå, med den enorme majoriteten av vår globale elektrisitetsproduksjon, og enda mer total energi, som kommer fra fossile brensler.

Gjennom årene har sektoren utviklet seg til å belønne de største selskapene, med stordriftsfordeler som en nøkkelfaktor for å kunne generere profitt i et svært konkurransedyktig miljø. Med nye teknologier som potensielle forstyrrere av etablerte polysilisium‑panelprodusenter.

Du kan investere i solenergiselskaper gjennom mange meglere, og du kan finne her, på securities.io, våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke solenergiselskaper, kan du også se på ETF-er som Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), eller Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) som vil gi en mer diversifisert eksponering for å dra nytte av sol‑ og ren energibransjen.

Du kan også lese vår artikkel om “Topp 10 solenergiaksjer å investere i”.

Solenergiselskap

First Solar er den største produsenten av solpaneler i USA og i hele den vestlige halvkule, med produksjonsanlegg i USA, Malaysia og Vietnam.

Selskapet bruker ikke den klassiske krystallinske silisiumteknologien, men i stedet sine proprietære tynnfilm-fotovoltaikk. Basert på kadmiumtellurid er de mer effektive, produseres til lavere kostnad, og kan lett masseproduseres. Tynnfilm‑solpaneler er også mer holdbare, og beholder 89 % av den opprinnelige ytelsen etter 30 år.

Kilde: First Solar

Kadmium og tellurid er biprodukter fra gruvedrift av andre metaller, noe som betyr at First Solar‑produkter har minimal påvirkning, ved å bruke ressurser som tidligere hadde liten nytte. Tynnfilm‑paneler kan også ha en høy resirkuleringsgrad.

First Solars teknologiske fordel, kombinert med deres geografiske beliggenhet, gjør dem til sannsynlig mottaker av den økende pressen fra vestlige land om å skaffe panelene sine utenfor Kina.

Selskapet øker produksjonskapasiteten raskt, med mål om å nå en navnekapasitet på 25 GW innen 2026, fra dagens 11 GW.

Med tanke på selskapets involvering i forskningen som diskuteres her, er de også tydelig interessert i perovskitt, i hvert fall så snart disse panelene er holdbare nok. De kommenterte spesielt i sin investorpresentasjon at perovskitt bør ha en “utviklingslinje klar for å produsere teknologiprøver som simulerer produksjonslignende forhold i Q4 2024”.

First Solar har brukt samlet 2 milliarder dollar på FoU siden oppstart.

Alt i alt er First Solar en teknologileder som vil dra nytte av toll på kinesiske importvarer, noe som sannsynligvis vil kompensere for den negative effekten på solindustri fra Trumps gjenvalg.

Selv om de hittil hovedsakelig har fokusert på tynnfilm‑solenergi med kadmiumtellurid, kan deres ekspertise innen ikke‑silisium‑solpanelproduksjon gi dem et betydelig forsprang med perovskitt, spesielt med tanke på deres dype bånd til noen av de fremste forskerne på dette feltet.

Studierreferanse:

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Amidinasjon av ligander for kjemisk og felt‑effekt passivering stabiliserer perovskittsolceller. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}