Perovskit kan give solenergi det store gennembrud

For få år siden var der ikke mange, der havde hørt om mineralet perovskit – og da slet ikke i solcelleindustrien. Men i dag er perovskit ikke til at komme udenom, når man diskuterer fremtiden for solceller. Med mineralet kan man nemlig fremstille tynde og billige solceller, som har vist sig at være ganske effektive, når det gælder om at forvandle sollyset til elektrisk strøm.

Perovskit har potentiale til at slå silicium af pinden som det foretrukne materialer til fremstilling af solceller, og det er ikke længere utopi at forestille sig solenergi, der er billigere end energi fra fossile brændsler.

Perovskit er ikke navnet på et bestemt mineral, men på en hel gruppe af mineraler med samme krystalstruktur. Den kemiske formel kan for eksempel være CH3­NH3PbI3, methylammonium-bly-triiodid. Det første af disse mineraler blev opdaget i Uralbjergene i 1839 og opkaldt efter den russiske mineralog Lev Perovskij. Men det var først i 2009, at perovskit for første gang blev brugt til fremstillingen af en sol­celle, og siden er der sket bemærkelsesværdige fremskridt.

På bare fem år er effektiviteten – den del af energien i sollyset, der omdannes til elektrisk energi i perovskit-solcellen – steget fra 3,8 til 17,9 procent. Det er en stigningstakt, som ingen anden solcelle­teknologi kommer i nærheden af.

I dag er de fleste kommercielle solceller baseret på monokrystallinsk silicium, hvor prisen er faldet drastisk igennem de seneste år, og i laboratoriet er effektiviteten for denne type solceller oppe på 25 procent. Men efterhånden kan de store, rene silicium-krystaller, der skal bruges til solcellerne, ikke fremstilles meget billigere, og effektiviteten bliver ikke meget højere – teorien sætter en grænse omkring 29 procent.

Desuden er de traditionelle solceller tykke, tunge og besværlige at have med at gøre. Ultratynde og eventuelt fleksible solceller er smartere, og laget af perovskit i en solcelle behøver ikke at være mere end et par hundrede nanometer tykt.

Solceller producerer kun elektricitet, når solen skinner. Hvis solenergi skal blive en central del af energiforsyningen, skal der findes måder, hvorpå energien kan gemmes, så den også kan bruges på tidspunkter uden sollys.

Ved hjælp af elektrolyse kan elektriciteten fra solceller bruges til at splitte vand til ilt og brint, så brinten senere kan bruges i en brændselscelle eller i en gasturbine. Her er det helt afgørende, at både solceller og elektroder er billige at fremstille, og at metoden er effektiv og skalerbar.

Forskere fra det tekniske universitet Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz har nu udviklet perovskit-solceller og elektroder til elektrolyse, så 12,3 procent af energien fra solstrålerne kan opbevares i brint – vel at mærke uden brug af sjældne og kostbare grundstoffer som platin eller indium.

Det er noget af et gennembrud, som sidste fredag blev beskrevet i det videnskabelige tidsskrift Science, og forskerne er overbeviste om, at effektiviteten kan komme endnu højere op.

Solcellerne skal kunne rulles ud

I forvejen findes der tyndfilmssolceller baseret på ikkekrystallinsk silicium, cadmium-tellurid (CdTe) eller kobber, indium, selen og eventuelt gallium (CIS/CIGS), og her er effektiviteten kommet op på lige over 21 procent. Perovskit-solcellerne nærmer sig hastigt denne effektivitet, og perovskit er et billigt råmateriale, der er nemt at fremstille og ikke indeholder sjældne grundstoffer.

Indtil videre har perovskit dog kun vist sit værd i laboratorierne, og det er endnu et åbent spørgsmål, i hvor høj grad perovskitten skal indkapsles for at bevare effektiviteten og blive ved med at levere elektricitet i mange år. Bedst ville det være, hvis det tynde perovskit-lag og de nødvendige elektroder på begge sider kan indlejres i en tynd og fleksibel plastfilm, og at man kan fremstille hele molevitten i store ruller med teknologier som dem, der bruges i trykkeindustrien. Her har forskere fra universitetet i Valencia i Spanien allerede vist vejen med frimærkestore, bøjelige perovskit-solceller i plast, men holdbarheden af disse solceller kendes altså ikke endnu.

Desuden indeholder de mest effektive perovskit-solceller det giftige tungmetal bly, som man helst vil undgå at bruge. Det er lykkedes britiske og italienske forskere at udskifte blyet med tin, men så falder effektiviteten også til omkring seks procent, og så er man lige vidt. Først når det lykkes at udvikle store, fleksible, stabile og miljøvenlige perovskit-solceller med en effektivitet på den rigtige side af de 20 procent, er vejen banet for et helt nyt solcelle-eventyr.