Genomskinliga solceller – en bra eller dålig idé?

2020-09-29 06:00  

Flera forskargrupper och företag utvecklar genomskinliga solceller. Drömmen är att kontorsbyggnaders alla fönster ska ge el. Nu kommer kritik: Det blir för varmt.

Egentligen är genomskinliga solceller en motsägelse. Traditionella solceller ska absorbera så mycket ljus som möjligt och inte släppa igenom något. Ju mer ljus som absorberas, desto mer elektricitet kan produceras.

Men ändå börjar det dyka upp exempel på genomskinliga och halvgenomskinliga solceller på olika håll i världen. Flera olika tekniker har presenterats men de flesta befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium.

Tanken på all den yta som skulle kunna användas för elproduktion är lockande. Tänk att klä alla fönsterglas i världens högsta skyskrapa Burj Khalifa med solceller - hur mycket energi skulle inte det ge?

”Rummet blev smällhett”

Det enklaste sättet att skapa halvgenomskinliga solcellspaneler är att tillåta ett litet mellanrum mellan cellerna. Då ser man igenom springorna i panelen, ungefär som när man åker förbi ett staket.

Läs mer: Sol- och vindkraft knappar in på kolkraft

Men det finns också teknik för att göra solcellerna helt genomskinliga. Ett exempel utvecklas av startupföretaget Peafowl Solar Power, sprunget ur forskning vid Uppsala universitet. Tekniken utnyttjar att nanopartiklar av silver absorberar ljuset av en viss våglängd och ger upphov till de elektron-hålpar som behövs för att alstra elektricitet. Resultatet är en genomskinlig solcell som kan ge svag ström även i en ljusfattig miljö.

Företaget satsar på att solcellerna ska användas antingen i uppkopplade produkter, till exempel sensorer, eller i dynamiska fönster som anpassar ljusinsläppet efter solljuset utomhus.

Marika Edoff forskar om tunnfilmssolceller på Uppsala universitet. Foto: Jörgen Appelgren

Men när det gäller storslagna planer på att klä in hela byggnadsfasader i genomskinliga solceller kommer dock en varning från solcellsforskaren Marika Edoff, professor i fasta tillståndets elektronik vid Uppsala universitet. Hon menar att det inte alltid är bäst ur hållbarhetssynpunkt och nämner ett avskräckande exempel från Sickla Udde för flera år sedan.

– Där installerades ett takfönster med halvgenomskinliga solceller i ett vindsrum. Men rummet blev smällhett. Man fick använda enormt mycket energi för att kyla det rummet och då är det inte så mycket mening, säger hon.

Traditionella solceller har ungefär 20 procents verkningsgrad. Det betyder att 80 procent omvandlas till värme. Takmonterade solceller placeras normalt på ett litet avstånd från taket så att panelerna ska kylas av luften.

Läs mer: Forskare slår nytt rekord för printade solceller

– Man får tänka sig för när man integrerar solceller i byggnader så att man inte värmer byggnaden på ett sätt som inte är önskvärt. Kyla är den dyraste energiformen vi har och moderna kontorshus kyls en stor del av året, även i Sverige, säger Marika Edoff.

”Vår teknik ger flera fördelar”

Därför är det viktigt att ta hänsyn till husets hela energisystem om solceller ska integreras i fasaden.

– Och man måste göra livscykelanalyser på de åtgärder man vidtar så att man får en vettig kostnad per kilowattimme. Då är det ibland bättre med solceller på taket än att ersätta befintliga fönster med genomskinliga solceller. Det kostar också att byta ut fönster, säger hon.

En teknik som ser ut att kunna lösa problemet med värmeutveckling har presenterats av forskare vid Michigan State University. 2014 lanserade forskargruppen, ledd av Richard Lunt, en helt ny metod för att skapa genomskinliga solceller.

Deras sätt att tackla motsägelsen med genomskinliga solceller handlar om att materialet bara ska absorbera de av ljusets våglängder som inte är synliga för det mänskliga ögat, ultraviolett ljus och nära infrarött ljus. Det synliga ljuset släpps igenom, vilket gör att solcellen upplevs som genomskinlig.

Richard Lunt. Foto: GL Kohuth

Tekniken bygger på organiska salter, som absorberar ultraviolett och nära infrarött ljus, och börjar lysa i en annan våglängd, som inte heller är synligt för ögat. Det ljuset leds till kanten av fönstret, där tunna kiselsolceller omvandlar det till el.

Därmed går inte det infraröda ljuset, som innehåller det mesta av värmen, igenom fönstret och in i byggnaden.

– Så vår teknik ger flera fördelar - minskad ventilationskostnad och elproduktion, säger Richard Lunt i mejl till Ny Teknik.

Han och hans kolleger bedömer att det finns en stor potential för genomskinliga solceller som kan placeras på glasytor på byggnadsfasader, bilar eller telefonskärmar. De uppskattar att USA har fem till sju miljarder kvadratmeter glasyta och att genomskinliga solceller på den ytan skulle kunna generera 40 procent av landets elbehov.

Det är dock en uppgift som Marika Edoff ifrågasätter starkt:

– 40 procent verkar väldigt högt, tycker jag. Det låter fantastiskt att det skulle finnas så många hus som inte skuggar varandra, säger hon.

Glasväggen på Ubiquitous Energys kontor i Redwood City består av genomskinliga solceller. Foto: Business Wire

Michiganforskarna har bildat företaget Ubiquitous Energy för att ta tekniken till marknaden. I början av året installerade företaget en glasvägg med genomskinliga solceller på sitt huvudkontor i Redwood City i Kalifornien. Enligt Richard Lunt fungerar väggen som den ska.

– Vi planerar just nu ytterligare pilotinstallationer runt om i landet, säger han.

Så här ser glasväggen ut från insidan. Foto: Business Wire

Nackdelen med genomskinliga solceller är att de inte ger särskilt mycket el. Det gäller även Ubiquitous Energy. På sin hemsida utlovar företaget en verkningsgrad på upp till 10 procent och en genomskinlighet mellan 40 och 80 procent.

Även om Marika Edoff är skeptisk till att genomskinliga solceller inom någon snar framtid ska vara en hållbar lösning som ersätter fönster tycker hon inte att forskningen inom området ska avbrytas.

– Nej det ska den inte. Det finns en efterfrågan på integrering i byggnader, framför allt på nya byggnader. Jag är inte emot trenden, den är jättespännande och gör att vi lär oss mer och kan göra vanliga solceller mer effektiva och därmed mer energisnåla, säger hon.

Olika tekniker för genomskinliga solceller

Tunnfilmssolceller:

De vanligaste sorterna kallas CIGS (från de ingående materialen koppar, indium, gallium och selen) och CdTe (kadmium och tellurid). Filmen är vanligtvis några mikrometer tjocka. Solcellstypen kan göras genomskinlig genom att filmens tjocklek minskas och genomskinliga kontakter används. Men ljuset som kommer igenom solcellen blir då ofta rödaktigt.

Polymersolceller:

Tillhör gruppen tunnfilmssolceller men består till skillnad av dessa vanligen av organiskt (det vill säga kolbaserat) material.

TLSC (Transparent Luminescent Solar Concentrator):

Michigan-universitetet presenterade 2014 en helt ny metod för genomskinliga solceller baserad på salter. Fluorescerande ämnen används för att fånga ultraviolett och nära infrarött ljus och leda det till glasets kant där en tunnfilmssolcell omvandlar det till el.

Perovskitceller:

Tillhör också gruppen tunnfilmssolceller. Utvecklingen för perovskitsolceller har gått fort och verkningsgraden har ökat kraftigt under de senaste åren. Halvgenomskinliga perovskitsolceller togs fram 2014 av en spansk forskargrupp.

Kvantumpricksolceller:

Tillhör gruppen tunnfilmssolceller. Kvantumprickar är små partiklar i nanometerskala i halvledarmaterial. Genom att variera prickarnas storlek och kemiska sammansättning går det att styra vilka ljusvåglängder som solceller ska absorbera. 2016 rapporterade Uppsala universitet två metoder för att tillverka genomskinliga respektive halvgenomskinliga kvantumpricksolceller med partiklar av blysulfid.

Grätzelsolceller:

Tillhör också tunnfilmssolcellerna. Nanopartiklar av titandioxid som har doppats i ett färgämne fångar ljuset. Kallas även färgsensiterade solceller, DSSC (dye-sensitized solar cell). Det svenska företaget Exeger tillverkar små solceller för bärbar elektronik med grätzelsolceller.

Plasmoniska solceller:

Ger el genom att silvernanopartiklar vibrerar. Uppsalaföretaget Peafowl Solar Power försöker ta tekniken till marknaden.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt