Perovskiter och tandemsolceller har på kort tid gått från laboratorienyhet till ett av de hetaste områdena inom energiforskningen. Verkningsgraden stiger snabbt, men frågan om livslängd avgör när tekniken kan sitta på svenska tak.
Kiselsolcellen har dominerat marknaden i decennier. Den är beprövad, billig att tillverka och håller i många år. Samtidigt närmar sig tekniken sin teoretiska gräns för hur stor del av solljuset som kan omvandlas till el. Därför söker forskare över hela världen efter material som kan ta solenergin ett steg längre. För den som vill producera egen el redan nu är solceller med solcellsbatterier det alternativ som finns på marknaden, medan nästa generation fortfarande utvecklas.
De två begrepp som återkommer i forskningen är perovskitsolceller och tandemsolceller. De hänger tätt ihop, och det är kombinationen som väcker störst förväntningar.
Vad perovskiter är
Perovskit är namnet på en kristallstruktur som först beskrevs hos ett mineral. I solcellssammanhang avses en grupp syntetiska material med samma struktur, som visat sig vara mycket bra på att absorbera ljus. Materialen kan tillverkas av relativt vanliga ämnen och läggas på i tunna skikt vid låga temperaturer, till exempel genom tryckning eller beläggning från en lösning. Det öppnar för billigare tillverkning och för lätta, böjliga solceller.
Utvecklingen har gått ovanligt snabbt. De första perovskitsolcellerna i början av 2010-talet hade en verkningsgrad på några procent. Idag når de bästa cellerna i laboratorier nivåer som är jämförbara med kiselsolceller, efter drygt ett decennium av forskning. Kiseltekniken behövde betydligt längre tid för att nå dit.
Tandem ger mer av ljuset
I en tandemsolcell läggs två skikt ovanpå varandra. Det övre skiktet, ofta en perovskit, fångar den kortvågiga och energirika delen av ljuset. Det undre skiktet, ofta kisel, tar hand om de längre våglängderna som passerar igenom. På så sätt utnyttjas en större del av solspektrumet än vad ett enskilt material klarar.
Forskargrupper och företag har rapporterat tandemceller av perovskit och kisel med verkningsgrader över 30 procent i laboratoriemiljö, vilket är högre än vad en ensam kiselcell kan nå. Den tekniska potentialen är därför stor. För en villaägare skulle det innebära mer el från samma takyta.
Hindren som återstår
Den största utmaningen är hållbarheten. Perovskitmaterial är känsliga för fukt, syre, värme och ultraviolett ljus. Utan skydd bryts de ned betydligt snabbare än kisel. En vanlig solcellspanel förväntas hålla i flera decennier, och tillverkarna lämnar långa garantier. För att perovskiter ska kunna konkurrera behöver de visa liknande livslängd även i nordiskt klimat med kyla, snö och stora temperaturskillnader.
Forskningen arbetar med flera lösningar. Det handlar om att ändra materialens sammansättning, förbättra skyddande skikt och kapsla in cellerna bättre. Långtidstester utomhus blir allt vanligare och ger en mer realistisk bild än korta försök i laboratoriet.
Bly och storskalig tillverkning
Många av de mest effektiva perovskiterna innehåller små mängder bly. Det väcker frågor om miljö och återvinning, och forskare undersöker både blyfria alternativ och metoder för att förhindra läckage. En annan utmaning är att överföra rekordresultat från små celler till hela paneler. Verkningsgraden brukar sjunka när ytan blir större, och tillverkningen måste bli jämn och pålitlig i industriell skala.
När tekniken kan nå marknaden
Flera tillverkare har börjat med pilotproduktion av tandempaneler, och de första kommersiella produkterna har nått marknaden i begränsad skala. Bedömningarna av när tekniken blir vanlig skiljer sig åt. Mycket beror på hur snabbt frågan om livslängd kan lösas och om priset blir konkurrenskraftigt mot kisel, som har blivit mycket billigt. Den som planerar en solcellsanläggning idag har därför anledning att utgå från beprövad kiselteknik.
Samverkan med energilagring
Oavsett vilken typ av solcell som används är det en grundläggande utmaning att produktionen är som störst mitt på dagen och under sommaren, medan förbrukningen i ett hem ofta är högre på morgonen, kvällen och vintern. Ett batteri jämnar ut skillnaden genom att lagra överskottet och leverera el när solen inte lyser. Det kan också användas för att minska effekttoppar, vilket blir mer intressant när fler elnätsbolag inför effektbaserade avgifter.
Med effektivare solceller ökar mängden el som en villa kan producera på samma yta. Det gör frågan om lagring än mer aktuell. Utvecklingen inom batterier går parallellt, med fokus på längre livslängd, säkrare kemi och lägre pris. Energimyndigheten följer utvecklingen och informerar om både solel och lagring.
För svenska förhållanden, med ljusa sommarnätter och korta vinterdagar, är kombinationen av produktion och lagring särskilt intressant. Om perovskiterna klarar de långa testerna kan nästa generations paneler och smartare batterier tillsammans ge villaägare en större del av sin elförsörjning från det egna taket.