Solas dobbeltspill
Det samme sollyset som gjør at solcellene kan produsere energi, degraderer også solcellen. Hvorfor dette skjer, er en gåte. Men nå har forskere kommet et lite stykke nærmere svaret.
Det samme lyset som omdannes til elektrisk energi i en solcelle, har også den uheldige egenskapen å redusere kvaliteten på solcellen slik at den produserer mindre strøm. Degraderingen finner sted allerede i løpet av de første døgnene solcellen ser dagens lys, og effektiviteten reduseres med 5-10 prosent, noe som betyr mange tapte kilowattimer.
Årsaken til denne degraderingen er en gåte. I flere tiår har forskere prøvd å finne ut av hva som skjer, og stadig har man funnet nye hint om hva som foregår. Stipendiat Tine Uberg Nærland har brukt sin doktorgrad til å studere årsaken til dette problemet, og hun har bidratt til ny innsikt i det som har vist seg å være en av solcelleverdenens store mysterier.
Elektronenes rolle
Tine Uberg Nærland studerer en passivert silisiumskive som er i prosess til å bli en solcelle. Foto: Mona L. Ramstad
Forskere har funnet ut at det ikke er fotonene i sollyset som direkte setter i gang degraderingen, men elektronene som fotonene sparker løs i materialet. Det Nærland og hennes kolleger har studert, er nettopp rollen disse elektronene spiller i degraderingen.
Et av hovedbidragene i avhandlingen er en helt ny metode som kan brukes til å bestemme antallet elektroner som kreves for at degraderingen skal forekomme. Dette er en viktig puslespillbit, og et sentralt bidrag på veien mot å løse gåten om lys-indusert degradering.
– Funnene om elektronene viser at det skal ekstremt lite lys til, eller injisering av elektroner på annet vis, for å degradere materialet hvis de andre riktige komponentene er tilstede, sier Tine Uberg Nærland.
- Les også: Vann gjør solceller billige og effektive
Må fjerne grunnstoffer
Degraderingen forekommer først og fremst i solceller basert på materialet silisium, og i dag er hele 85 prosent av solcelleproduksjonen basert på silisium. Men det er først når grunnstoffene bor og oksygen er til stede i silisiumet, at forholdene vil ligge til rette for degradering.
– Det man tror er at en kombinasjon av oksygen, bor og kanskje karbon danner grunnlaget for degraderingen. Man må jobbe for å kvitte seg med en av de kritiske komponentene, da først og fremst oksygen. Enten binde oksygenet til et annet grunnstoff eller finne nye fremstillingsmetoder hvor man unngår oksygen-forurensning av materialet, sier Tine Uberg Nærland.
Forskere jobber også med å bytte ut bor-tilsetningen i silisiumet, som er nødvendig for at silisium skal lede strøm. Grunnstoffet gallium er et alternativ til bor.
– Det knyttet noen utfordringer til gallium som må løses, men det ser svært lovende ut, konstaterer Uberg Nærland.
- Les også: Nanokunnskap gir supersolceller
Nærmer seg løsningen
– Arbeidet mitt er et vindu inn i faststoffkjemien som forløper inni materialet – uten at vi er klar over det. Her foregår det mange prosesser uten at vi forstår hele sammenhengen. Det å måle og fastslå elektronenes betydning for degraderingen av solcellene, er interessant med tanke på forståelsen av mekanismene som foregår.
Kartleggingen av elektroner har også ledet forskergruppen inn mot at løsningen på degraderingsproblemet kan ligge i grunnstoffene oksygen og bor.
Doktorgradsarbeidet er utført på Institutt for Energiteknikk (IFE) på Kjeller og er en del av et samarbeidsprosjekt mellom NTNU, Sintef og IFE, i samarbeid med industripartnerne REC og Elkem Solar.
Artikkelen er skrevet i samarbeid med Pernille Feilberg Langeland.
