Kilde: nsenergybusiness.com
Oxford PV bliver det første selskab, der sælger perovskite-silicium-baserede solceller til markedet på tagterrassen næste år.
Oxford PV anvender et "tandem" koncept, hvor en tynd film af perovskit påføres en konventionel silicium primær celle (kredit: Oxford PV)
Oxford PV, der beskriver sig selv som "det perovskitefirma", planlægger at være en nøgleaktør i det, den ser som den solenergidrevne helelektriske fremtid. James Varley, en forfatter af bladet Modern Power Systems, ser på, hvordan virksomheden sigter mod at nå dette mål.
Næste år, hvis alt går efter planen, bliver Oxford PV det første selskab, der sælger perovskite-silicium-baserede solceller til markedet på tagterrassen. De vil have en potentielt spilændrende effektivitet, cirka 20% højere end den nuværende etablerede teknologi, kun siliciumceller.
Oxford PV anvender et "tandem" koncept, hvor en tynd film af perovskit påføres en konventionel silicium primær (eller bund) celle (perovskit tykkelsen er ca. 1 / 200th af silicium).
Denne tandem tilgang forbedrer evnen til at fange specifikke dele af solspektret, især ved den høje energi, blå ende, hvilket betyder, at perovskite-on-silicium tandemcellen har en teoretisk effektivitetsgrænse på 43% vs 29% for kun silicium celler.
I praksis ligger den gennemsnitlige effektivitet af silicium-PV til boliger, der er installeret til dato, i området 15-20%, mens det "virkelige verdens" maksimum for silicium anslås til at være ca. 26%.
De tidligt kommercielt producerede Oxford PV-tandemceller forventes at opnå en effektivitet på ca. 27% i starten, men virksomheden forventer stadige forbedringer, efterhånden som teknologien udvikler sig i de kommende år. ”Vi har en klar køreplan for at tage denne teknologi ud over 30%,” siger administrerende direktør Frank Averdung.
Dr Chris Case, CTO hos Oxford PV, bemærker, at siden 2014, da virksomheden besluttede at fokusere udelukkende på perovskite-Si-tandem, har det øget effektiviteten af sin solcelle i gennemsnit med et procentpoint pr. År og har en sti og de teoretiske fundamenter for at videreudvikle denne teknologi helt op til de høje 30'ere.
En forskningscelle, der anvender Oxford PV-teknologi, har allerede opnået 29,52% (som certificeret af US National Renewable Energy Laboratory), en verdensrekord for perovskite-Si tandemceller og også bedre end nogen forskningscelle med et kryds (for hvilken den nuværende rekord, 29,2%, ejes af en celle, der anvender GaA'er).
Perovskite blev først opdaget i sin naturligt forekommende mineralform (CaTiO3) i 1839 (tilfældigvis samme år som den solcelleanvendelse først blev observeret, påpeger Chris Case). Men det er først de sidste ti år, at det enorme potentiale ved syntetiske perovskitter som materiale til solceller er blevet fuldt ud anerkendt.
Prof Henry Snaith, der medstifter Oxford PV i 2010 for at kommercialisere solteknologi overført fra sit laboratorium ved University of Oxford (og er virksomhedens videnskabelige chef), har spillet en nøglerolle i dette, især via et papir, der er offentliggjort i Science i 2012, der beskriver en levedygtig solid-state solcelle-teknologi, der anvender metalhalogenid perovskit.
Fremskridt i løbet af de sidste 10 år har været bemærkelsesværdigt hurtig, og perovskites tiltrækker stigende interesse for solfeltet.
Som alle materialer, der anvendes i solcelleapplikationer, er perovskites - for hvilke den generiske kemiske formel er ABX3, hvor A og B er kationer og X er anionen - halvledere.
"Perovskites vil være allestedsnærværende inden for fotonik og elektronik i de næste 50-100 år," mener Chris Case. "Det er det fantastiske materiale."
Fra et materialevidenskabelig synspunkt “er der en unikhed, det er derfor det er så godt,” tilføjer han. ”Hvert af atomerne er orienteret som et sæt oktaeder, der stables oven på hinanden og vrides. Denne vridning tillader 'uregelmæssig' høj lysstrømningsdiffusion, og det er stort set unikt for denne struktur, og folk udnytter denne ejendom ... Disse ting er fantastiske, det er utroligt transformerende. ”
Materialerne, der anvendes til syntetiske perovskitter, er også rigelige, og den anvendte mængde pr. Enhed af celleoutput er meget lille. ”Så set ud fra et ressource-synspunkt er teknologien i stand til at blive skaleret til de mange TW-niveauer,” siger Case.
Og ud over at demonstrere rekordeffektivitet, har celler og moduler, der bruger Oxford PV-teknologi, også "bestået eksternt målte industristandard pålidelighedstest fra Den Internationale Elektrotekniske Kommission," tilføjer han.
Ruten til markedet
”Forskerne har gjort deres arbejde,” siger Frank Averdung. ”De har identificeret materialet. De har lavet strukturen. De har arbejdet med at gøre det stabilt og har behandlet bekymringer om holdbarhed og levetid. Det spørgsmål, vi skal finde ud af et svar på nu, er: hvordan kommercialiserer vi det? ”
Udfordringen er en, der stort set hver opstart står over for med noget nyt, siger han. ”Du har et etableret marked. Du har etablerede markedsaktører. Du har noget markant bedre. Men hvordan får man folk til at omfavne det? Hvordan får du det til at ske? ”
Som han påpeger, er de etablerede aktører multimilliardevirksomheder, og de har investeret milliarder i en fremstillingsinfrastruktur. "Er de virkelig interesserede i at fjerne alt dette og gøre noget nyt?" spørger Averdung.
Den gode nyhed er, at Oxford PV-tandemteknologi med silicium som den primære celle ikke kræver jettisoning af eksisterende produktionsteknologi og "ikke forstyrrer industrien", og dette er en stor fordel.
”Når vi lægger en tyndfilmperovskitcelle oven på siliciumens 'primære' celle, har den stadig den samme formfaktor og ligner stadig en konventionel Si-celle, men udgangsspændingen er højere," siger Averdung. ”Du kan bruge de samme værktøjer og indsætte dem i de samme moduler. Panelstørrelsen er den samme. Alt er det samme. Men du får betydeligt mere strøm ud. ”
Når det gælder udseende, vil slutbrugeren ikke mærke nogen større forskel, bortset fra at den ”ser lidt pænere ud”, tilføjer han.
I 2015 demonstrerede Oxford PV, at tandemcellen var mulig, men var nødvendig for at "bringe den til den krævede formfaktor", forklarer han, så det krævede en pilotproduktionslinje eller "brugt fabrik".
Netop sådan en fabrik blev fundet i Brandenburg an der Havel, Tyskland, og erhvervet i 2016. ”Den var alt for stor for os den gang, men passede perfekt til vores tyndfilm pilotlinje”, som var i gang i 2017 , ”Siger Averdung.
”Pilotlinjens rolle var, og er stadig, i det væsentlige produktoptimering, idet alle resultater fra Oxford lab blev taget op og opskaleret form-faktor-vis og udført industristandardtest for at kontrollere, at cellerne opnår det pålidelighed og langsigtet stabilitet og imødekomme branchens behov. ”
I nogle år arbejdede Oxford PV med en fælles udviklingspartner, en meget stor virksomhed inden for solcelleanlæg, "fortæller os grundlæggende, hvad branchen vil have", siger Averdung.
Men i 2018 tilføjer han, at "alt, hvad der ændrede sig", og virksomheden besluttede, at "den bedste og hurtigste vej til kommercialisering af teknologien ville være at gøre det selv, så vi kunne holde alle parametrene for teknologien under vores kontrol, så vi kunne være sikker på, at produktet, når det kom på markedet, passede perfekt til kundernes krav ”.
Dette krævede, at firmaet fandt investorer, der ville lægge penge i det, hvilket gjorde det muligt at etablere en produktionsoperation. ”Vi var heldige”, siger Averdung, da der blev fundet en række støttende investorer. Virksomhedens største aktionærer inkluderer nu Equinor, Legal& General Capital, Goldwind og Meyer-Burger.
Pengene, som investorerne havde investeret i, gjorde det muligt at opgradere den tidligere erhvervede fabrik i Brandenburg og ud over den allerede eksisterende pilotlinje etablere en komplet produktionslinje for tandemceller i en anden del af anlægget.
Dette bliver verdens første produktionslinje for perovskite-på-silicium-tandemsolceller og forventes at opnå en indledende målkapacitet på 100 megawatt (MW) omkring 2. kvartal næste år.
Cellerne sælges til modulproducenter (arrangementer er allerede på plads), og det oprindelige målmarked er "premium" -sektoren til boligtage. I dette markedssegment er plads en kritisk begrænsning, og den øgede effekttæthed fra Oxford PV-tandemcellen er særlig attraktiv.
Med meget mere el produceret i løbet af installationens levetid er der vilje til at betale betydelige præmier for højeffektive moduler, mener Oxford PV.
Averdung påpeger, at omkostningerne ved cellerne tegner sig for en relativt lille andel af de samlede omkostninger ved et solcelleanlæg til boliger på taget, så øgede celleomkostninger har kun en relativt lille effekt på den samlede økonomi sammenlignet med fordelene ved øget output.
Mod gigafabrikken
Produktionslinjen på 100 MW og markedet for boligtage ses som kun begyndelsen. Oxford PV's vision er en helelektrisk verden med perovskites som en almindelig solteknologi. Det er håbet, at selskabets seneste finansieringsrunde giver det ”midlerne til at planlægge det næste trin, som er en gigafabrik”, siger Averdung.
Han håber at have 2 gigawatt (GW) produktionskapacitet i drift ved udgangen af 2024 eller deromkring og derefter tilføje ca. 2GW pr. År og nå mere end 10GW ved udgangen af årtiet.
Oprindeligt er målmarkedet, som allerede nævnt, premium-tagterrassen til boliger, men ”dette vil ændre sig, når vi først er i produktion af GW-skala, så vil vi desuden kunne tage fat på den mindre kommercielle tagsektor”, siger Averdung. , og "så snart vi flytter til 5GW og derover, er skalaen inden for rækkevidde inden for rækkevidde".
På forsyningsskala, "det handler om LCOE", bemærker han, "forudsat at omkostningerne ved din jord er håndterbare", og ved 5 GW produktionskapacitet "vil vores LCOE være mere konkurrencedygtig end nogen andens, men det vil tage en få år selvfølgelig ”.
I sidste ende ”agter vi at blive en af de største aktører inden for solceller”, siger Averdung. Og at mestre det, Chris Case kalder perovskites ”magi”, kan vise sig at være nøglen til at nå denne ambition.
