Nytt stoff i solcellene

Råstoffene finnes i store mengder, de er billige og miljøvennlige. Metallhydrider kan bli det neste gjennombruddet for solenergi.

Publisert
Kan bli nytt materiale for solceller: Trygve Mongstad fra Institutt for energiteknikk holder en brikke pådampet metallhydrid (Foto: Arnfinn Christensen)
Kan bli nytt materiale for solceller: Trygve Mongstad fra Institutt for energiteknikk holder en brikke pådampet metallhydrid (Foto: Arnfinn Christensen)

Stipendiat Trygve Mongstad holder en liten brikke opp mot sola. På skiven av glass er det dampet et tynt lag av magnesium-nikkelhydrid.

- Slike metallhydrider er kjemiske forbindelser av et metall og hydrogen. Her på Institutt for energiteknikk (IFE) på Kjeller har det blitt forsket mye på pulvere av metallhydrider til bruk i blant annet hydrogenbiler, forteller han.

Hvis metallhydrider varmes opp, frigjøres nemlig hydrogenet fra bindingen, og kan brukes i brenselceller. Men Mongstad arbeider ikke med lagring av hydrogen.

- Her på avdeling for solenergi på IFE utforsker vi helt nye og spennende egenskaper ved metallhydrider, sier han.

Mongstad håper – men vet ennå ikke sikkert – at metallhydrider kan brukes slik silisium brukes i dag, i solceller.

Billigere skal det bli

Men hva er egentlig galt med silisium? Er ikke det både miljøvennlig, rent og billig? Norske REC må jo legge ned arbeidsplasser fordi prisen på solceller er for lav?

- Solceller er billigere enn noensinne, men ennå ikke helt billige nok til at solstrømmen kan konkurrere i stor skala med for eksempel kullkraft, sier Mongstad.

- REC og hele solcelleindustrien går gjennom en tøff periode. Men det vil gå over. På lengre sikt vil etterspørselen øke voldsomt, og også nye teknologier vil komme på markedet, sier Mongstad.

Trygve Mongstad med brikke pådampet film av metallhydrid (Foto: Arnfinn Christensen)
Trygve Mongstad med brikke pådampet film av metallhydrid (Foto: Arnfinn Christensen)

Effektiviteten opp

Det er i dette perspektivet at metallhydridene blir løfterike. Hvis Mongstad og kollegene hans får til det de drømmer om, kan de om fem til ti år levere rimelige solceller med en effektivitet på over 20 prosent.

Effektiviteten sier hvor mye av solenergien som blir omdannet til elektrisk energi. Solcellene på dagens marked ligger mellom 10 og 20 prosent, avhengig av hvilken teknologi som ligger bak.

- Effektivitet på opp til 43 prosent er demonstrert, men da dreier det seg om ekstremt kostbare solceller med flere lag av svært dyre materialer, forteller Mongstad.

Flere lag, flere farger

Og nettopp bruk av solceller i flere lag kan være den mest løfterike veien å gå for å presse de siste wattene ut av solcellene.

- Det er nemlig ikke snakk om metallhydrider eller silisium. Vi kan også tenke oss å bruke begge deler oppå hverandre, sier Mongstad.

Elektriske målinger er en viktig del av arbeidet med å utvikle metallhydrider som solcellematerialer. Her måles det på en struktur av flere ulike lag deponert på et silisium-substrat. (Foto: Arnfinn Christensen)
Elektriske målinger er en viktig del av arbeidet med å utvikle metallhydrider som solcellematerialer. Her måles det på en struktur av flere ulike lag deponert på et silisium-substrat. (Foto: Arnfinn Christensen)

Ved å dampe et tynt lag metallhydrider oppå de tykkere silisiumcellene kan flere farger i sollyset utnyttes, og effektiviteten blir høyere.

Øverst kan forskerne legge en metallhydrid-solcelle som tar opp lys i den blå enden av solspekteret.

Så fortsetter den røde delen av sollyset videre ned til en vanlig silisium-solcelle, som utnytter denne delen av lyset best.

Også flere ulike metallhydrider kan kombineres i lag på denne måten, hver følsomme for sine farger.

Billig og tilgjengelig

Metallhydrider har også flere fordeler i seg selv. Råstoffene er tilgjengelige og billige metaller og hydrogen. Disse materialene er miljøvennlige og uten giftvirkninger.

Siden tykkelsen bare er en hundredel av silisiumcellene, krever de også mindre energi å framstille.

Og ved å endre typen metall som brukes, kan materialet tilpasses til å ta opp ulike farger av lyset. Dermed kan de finjusteres for å gi best mulig effektivitet.

Hvis Mongstad og kollegene hans klarer å lage solceller av metallhydrider, kan de bidra til å gi solenergien et virkelig løft.

Racet mot bunnlinja

- Alle solcelleprodusenter i verden prøver å presse prisen på solstrøm videre ned, forteller Mongstad.

Bare noen få steder i verden, som California, Hawaii, deler av Australia, Spania og Italia, er solkraft allerede nå rimelig nok uten subsidier.

Men også andre land er i siget. Tyskland bygget ut solkraft tilsvarende 3 gigawatt bare i desember i fjor, kan Mongstad opplyse.

- I den mest solrike timen landet opplevde i 2011, kom nesten en tredjedel av det totale energiforbruket fra solkraft, sier han.

Lokal solenergi

Verdens nest mest folkerike stat, India, står også på spranget inn i solalderen. Og hadde forbrukere i Afrika hatt nok penger til å investere i lokale små solkraftanlegg, ville de også opplevd at investeringen ville lønt seg etter bare to år, framfor dieselaggregatene som brukes mange steder i dag.

Nettopp det lokale vil i framtida kunne prege solkraftutbyggingen, ifølge Mongstad. Etter som prisen faller og effektiviteten øker for selve solcellene, vil overføringen av strømmen fra ett sted til et annet bli dyrere, relativt sett.

- Sola lyser jo over alt! Jeg tror vi kommer til å se en veldig spennende utvikling innen solkraft i de neste tiårene. Kanskje vil solceller basert på metallhydrider være med på å drive denne utviklingen, avslutter Mongstad.

I solcellelaboratoriet ved IFE er det installert det nyeste utstyret for produksjon av silisiumbaserte solceller, noe som gjør laboratoriet unikt i nordisk sammenheng. Trygve Mongstad (tv.) og Smagul Karazhanov med en brikke pådampet det mulige nye solcellematerialet metallhydrid. (Foto: Arnfinn Christensen)
I solcellelaboratoriet ved IFE er det installert det nyeste utstyret for produksjon av silisiumbaserte solceller, noe som gjør laboratoriet unikt i nordisk sammenheng. Trygve Mongstad (tv.) og Smagul Karazhanov med en brikke pådampet det mulige nye solcellematerialet metallhydrid. (Foto: Arnfinn Christensen)