Forskare vid Oxford University Physics Department har utvecklat ett revolutionerande tillvägagångssätt som kan generera ökande mängder solenergi utan behov av kiselbaserade solpaneler. Istället fungerar deras innovation genom att belägga ett nytt kraftgenererande material på ytorna av vardagliga föremål som ryggsäckar, bilar och mobiltelefoner.
Deras nya ljusabsorberande material är för första gången tunt och flexibelt nog att appliceras på ytan av nästan alla byggnader eller vanliga föremål. Med hjälp av en banbrytande teknik utvecklad i Oxford, som staplar flera ljusabsorberande lager i en solcell, har de utnyttjat ett bredare spektrum av ljusspektrumet, vilket gör att mer kraft kan genereras från samma mängd solljus.
Detta ultratunna material, som använder detta så kallade multi-junction-tillvägagångssätt, har nu oberoende certifierats för att leverera över 27 % energieffektivitet, för första gången som matchar prestandan hos traditionella, enskiktiga, energigenererande material som kallas kisel solceller. Japans nationella institut för avancerad industriell vetenskap och teknologi (AIST) gav sin certifiering före publiceringen av forskarnas vetenskapliga studie senare i år.
– Under bara fem års experiment med vår stacknings- eller multi-junction-metod har vi höjt effektkonverteringseffektiviteten från cirka 6% till över 27%, nära gränserna för vad enskikts solceller kan åstadkomma idag, säger Dr Shuaifeng Hu, Post Doktorand vid Oxford University Physics. Vi tror att det här tillvägagångssättet med tiden skulle kunna göra det möjligt för solcellsenheterna att uppnå mycket större effektivitet, över 45 %.”
Detta kan jämföras med cirka 22 % energieffektivitet från solpaneler idag (vilket innebär att de omvandlar cirka 22 % av energin i solljus), men mångsidigheten hos det nya ultratunna och flexibla materialet är också nyckeln. Med drygt en mikron tjock är den nästan 150 gånger tunnare än en kiselwafer. Till skillnad från befintliga solceller, vanligtvis applicerade på silikonpaneler, kan detta appliceras på nästan alla ytor.
– Genom att använda nya material som kan appliceras som en beläggning har vi visat att vi kan replikera och prestera bättre än kisel samtidigt som vi får flexibilitet. Detta är viktigt eftersom det lovar mer solenergi utan att det behövs så många kiselbaserade paneler eller specialbyggda solgårdar, säger Dr Junke Wang, Marie Skłodowska Curie Actions Postdoc Fellow vid Oxford University Physics.
Forskarna tror att deras tillvägagångssätt kommer att fortsätta att minska kostnaderna för solenergi och även göra det till den mest hållbara formen av förnybar energi. Sedan 2010 har den globala genomsnittliga kostnaden för solel sjunkit med nästan 90 %, vilket gör den nästan en tredjedel billigare än den som genereras från fossila bränslen.
Innovationer lovar ytterligare kostnadsbesparingar eftersom nya material, som tunnfilmsperovskit, minskar behovet av kiselpaneler och specialbyggda solenergiparker.
– Vi kan tänka oss att perovskitbeläggningar appliceras på bredare typer av ytor för att generera billig solenergi, som taket på bilar och byggnader och till och med baksidan av mobiltelefoner. Om mer solenergi kan genereras på det här sättet kan vi förutse mindre behov på längre sikt att använda kiselpaneler eller bygga fler och fler solgårdar, tillade Dr Wang.
Forskarna är bland 40 forskare som arbetar med solceller under ledning av professor i förnybar energi Henry Snaith vid Oxford University Physics Department. Deras banbrytande arbete inom solceller och särskilt användningen av tunnfilmsperovskit började för ungefär ett decennium sedan och drar nytta av ett skräddarsytt robotlaboratorium.
Deras arbete har en stark kommersiell potential och har redan börjat slå igenom i applikationer inom allmännyttiga industrier, bygg- och biltillverkningsindustrin.
Oxford PV, ett brittiskt företag som drevs ut ur Oxford University Physics 2010 av medgrundare och forskningschef professor Henry Snaith för att kommersialisera perovskite solceller, startade nyligen storskalig tillverkning av perovskite solceller vid sin fabrik i Brandenburg-an-der-Havel , nära Berlin, Tyskland. Detta är världens första volymtillverkningslinje för tandemsolceller av typen ”perovskite-på-kisel”.
– Vi tittade ursprungligen på anläggningar i Storbritannien för att börja tillverka men regeringen har ännu inte matchat de skattemässiga och kommersiella incitamenten som erbjuds i andra delar av Europa och USA, sa professor Snaith. Hittills har Storbritannien tänkt på solenergi enbart i termer av att bygga nya solgårdar, men den verkliga tillväxten kommer från kommersialisering av innovationer – vi hoppas verkligen att det nyskapade British Energy kommer att rikta sin uppmärksamhet mot detta.
– De senaste innovationerna inom solenergimaterial och tekniker som demonstreras i våra labb kan bli en plattform för en ny industri, som tillverkar material för att generera solenergi mer hållbart och billigare genom att använda befintliga byggnader, fordon och föremål, tillade professor Snaith.
– Att leverera dessa material kommer att vara en snabbväxande ny industri i den globala gröna ekonomin och vi har visat att Storbritannien förnyar och leder vägen vetenskapligt. Men utan nya incitament och en bättre väg att omvandla denna innovation till tillverkning kommer Storbritannien att missa möjligheten att leda denna nya globala industri, tillade professor Snaith.
