Font: nsenergybusiness.com
Oxford PV es convertirà en la primera empresa a vendre cèl·lules solars basades en perovskita-silici al mercat residencial del terrat l’any vinent.
Oxford PV utilitza un concepte de “tàndem” en el qual s’aplica una fina capa de perovskita a una cèl·lula primària de silici convencional (Crèdit: Oxford PV)
Oxford PV, que es descriu a si mateixa com “l’empresa de perovskites”, planeja ser un actor clau en el que considera el futur totalment elèctric amb energia solar. James Varley, escriptor de la revista Modern Power Systems, analitza com l’empresa pretén assolir aquest objectiu.
L’any vinent, si tot va per previst, Oxford PV es convertirà en la primera empresa a vendre cèl·lules solars basades en silici perovskita al mercat residencial del terrat. Tindran una eficiència que pot canviar el joc, aproximadament un 20% més que la tecnologia actual, les cèl·lules només de silici.
L’Oxford PV utilitza un concepte de “tàndem” en què s’aplica una fina pel·lícula de perovskita a una cèl·lula convencional de silici primària (o inferior) (el gruix de la perovskita és d’aproximadament 1/200 de la part del silici).
Aquest enfocament en tàndem millora la capacitat de capturar parts específiques de l’espectre solar, particularment a l’extrem blau d’alta energia, cosa que significa que la cèl·lula tàndem perovskita-sobre-silici té un límit teòric d’eficiència del 43% contra el 29% per al només silici. cèl · lules.
A la pràctica, l'eficiència mitjana del fotovoltaic residencial de silici instal·lat fins ara oscil·la entre el 15 i el 20%, mentre que el màxim del "món real" del silici s'estima al voltant del 26%.
S’espera que les primeres cèl·lules tàndem fotovoltaiques d’Oxford produïdes comercialment assoliran una eficiència del 27% inicialment, però la companyia preveu millores constants a mesura que es desenvolupi la tecnologia en els propers anys. "Tenim un full de ruta clar per portar aquesta tecnologia més enllà del 30%", diu el director general Frank Averdung.
El doctor Chris Case, CTO d’Oxford PV, assenyala que des del 2014, quan la companyia va decidir centrar-se exclusivament en el tàndem perovskita-Si, ha augmentat l’eficiència de la seva cèl·lula solar aproximadament un punt percentual a l’any de mitjana i té un camí i els fonaments teòrics per desenvolupar aquesta tecnologia fins als anys 30.
Una cèl·lula d’investigació que utilitza la tecnologia fotovoltaica d’Oxford ja ha assolit el 29,52% (segons el certificat del Laboratori Nacional d’Energies Renovables dels Estats Units), un rècord mundial de cèl·lules tàndem perovskita-Si i també millor que qualsevol cèl·lula d’investigació d’una sola unió (per a la qual el registre actual, El 29,2%, la té una cèl·lula que utilitza GaAs).
La perovskita es va descobrir per primera vegada en la seva forma mineral natural (CaTiO3) el 1839 (coincidint el mateix any que es va observar l'efecte fotovoltaic per primera vegada, assenyala Chris Case). Però només en els darrers deu anys s’ha reconegut plenament l’enorme potencial de les perovskites sintètiques com a material per a les cèl·lules solars.
El professor Henry Snaith, que va ser cofundador d’Oxford PV el 2010 per comercialitzar la tecnologia solar transferida des del seu laboratori de la Universitat d’Oxford (i és el responsable científic de la companyia), hi ha jugat un paper clau, sobretot a través d’un article publicat a Science el 2012, descrivint una tecnologia viable de cèl·lules solars d’estat sòlid que utilitza perovskita d’halogenurs metàl·lics.
Els progressos dels darrers deu anys han estat notablement ràpids i les perovskites atreuen un interès creixent pel camp solar.
Com tots els materials utilitzats en aplicacions de cèl·lules solars, les perovskites, per a les quals la fórmula química genèrica és ABX3, on A i B són cations i X és l'anió, són semiconductors.
"Els perovskites seran omnipresents en fotònica i electrònica durant els propers 50-100 anys", creu Chris Case. "És un material tan impressionant".
Des del punt de vista de la ciència dels materials, "hi ha una singularitat, per això és tan bo", afegeix. “Cadascun dels àtoms s’orienta com un conjunt d’octaedres que s’apilen els uns sobre els altres i es trenquen. Aquest gir permet una difusió de fotocorrent "anòmala" i és gairebé exclusiva d'aquesta estructura, i la gent està explotant aquesta propietat ... Aquest material és fantàstic, és increïblement transformador ".
A més, els materials utilitzats per a les perovskites sintètiques són abundants i la quantitat utilitzada per unitat de producció cel·lular és molt petita. "Per tant, des del punt de vista dels recursos, la tecnologia es pot escalar fins al nivell TW", diu Case.
I a més de demostrar l'eficiència del registre, les cèl·lules i els mòduls que utilitzen la tecnologia fotovoltaica d'Oxford també han "aprovat proves de fiabilitat estàndard de la indústria mesurades externament de la Comissió Electrotècnica Internacional", afegeix.
La ruta cap al mercat
"Els científics han fet la seva feina", diu Frank Averdung. “Han identificat el material. Han fet l’estructura. Han treballat per fer-lo estable i han abordat les preocupacions sobre la durabilitat i la vida útil. La pregunta a la qual hem de trobar una resposta ara és: com la comercialitzem? "
El repte és el que s’enfronten gairebé totes les empreses amb alguna cosa nova, diu. “Teniu un mercat consolidat. Heu establert agents de mercat. Teniu alguna cosa significativament millor. Però, com s’aconsegueix que la gent l’accepti? Com ho aconsegueixes? "
Com assenyala, els actors establerts són empreses multimilionàries i han invertit milers de milions en una infraestructura de fabricació. "Estan realment interessats a desfer-ho tot i fer alguna cosa nova?" -pregunta Averdung.
La bona notícia és que la tecnologia tàndem d’Oxford PV, amb el silici com a cèl·lula principal, no requereix l’eliminació de la tecnologia de fabricació existent i “no altera la indústria”, i això suposa un avantatge important.
"Quan posem una cèl·lula de perovskita de pel·lícula fina a sobre de la cèl·lula" primària "de silici, encara té el mateix factor de forma i encara sembla una cèl·lula de Si convencional, però el voltatge de sortida és més alt", diu Averdung. “Podeu utilitzar les mateixes eines i inserir-les als mateixos mòduls. La mida del panell és la mateixa. Tot és igual. Però obtingueu molta més potència ”.
En termes d'aparença, l'usuari final no notarà cap diferència important, tret que "es veurà una mica més agradable", afegeix.
El 2015, Oxford PV va demostrar que la cèl·lula tàndem era factible, però necessitava "portar-la al factor de forma requerit", explica, per la qual cosa requeria una línia de producció pilot o "fàbrica usada".
Una fàbrica d’aquest tipus es va trobar a Brandenburg an der Havel, Alemanya, i es va adquirir el 2016. “Era massa gran per a nosaltres aquella època, però era perfecte per a la nostra línia pilot de pel·lícules primes”, que estava en funcionament el 2017 ", Diu Averdung.
"El paper de la línia pilot era, i continua essent, essencialment l'optimització del producte, agafant tots els resultats del laboratori d'Oxford, ampliant-los en funció del factor de forma i realitzant proves estàndard de la indústria per verificar que les cèl·lules estan assolint els requisits necessaris fiabilitat i estabilitat a llarg termini, i satisfer les necessitats de la indústria ".
Durant alguns anys, Oxford PV va treballar amb un soci de desenvolupament conjunt, una empresa molt gran del negoci de la fotovoltaica, "bàsicament ens explica el que voldria la indústria", diu Averdung.
Però el 2018, afegeix que "tot això va canviar", i la companyia va decidir que "la millor i més ràpida ruta per a la comercialització de la tecnologia seria fer-la nosaltres mateixos, cosa que ens permetrà mantenir tots els paràmetres de la tecnologia sota el nostre control perquè podria estar segur que el producte, quan va sortir al mercat, s’adaptava perfectament a les demandes dels clients ”.
Això requeria que l’empresa trobés inversors que hi posessin diners, cosa que li permetria establir una operació de fabricació. "Vam tenir sort", diu Averdung, ja que es van trobar diversos inversors solidaris. Els principals accionistes de la companyia ara inclouen Equinor, Legal& General Capital, Goldwind i Meyer-Burger.
Els diners aportats a la companyia pels inversors van permetre actualitzar la fàbrica de Brandenburg adquirida anteriorment i, a més de la línia pilot que ja hi havia, establir una línia completa de fabricació de cèl·lules tàndem en una part diferent de la instal·lació.
Aquesta serà la primera línia de fabricació de volum del món per a cèl·lules solars tàndem de perovskita-sobre-silici i s’espera assolir una capacitat objectiu inicial de 100 megawatts (MW) al voltant del segon trimestre l’any vinent.
Les cèl·lules es venen als fabricants de mòduls (els arranjaments ja estan en marxa) i el mercat objectiu inicial és el sector residencial “premium” del terrat. En aquest segment del mercat, l’espai és una limitació crítica i l’increment de la densitat de potència que proporciona la cèl·lula tàndem PV d’Oxford és particularment atractiva.
Amb molta més electricitat generada al llarg de la vida de la instal·lació, hi ha la voluntat de pagar primes substancials pels mòduls d’alta eficiència, creu Oxford PV.
Averdung assenyala que els costos de les cèl·lules representen una proporció relativament petita dels costos totals d’una instal·lació fotovoltaica residencial al terrat, de manera que l’augment dels costos de les cèl·lules només té un efecte relativament petit en l’economia general en comparació amb els beneficis d’un augment de la producció.
Cap a la gigafàbrica
La línia de fabricació de 100 MW i el mercat residencial al terrat només es veuen com el començament. La visió d’Oxford PV és un món totalment elèctric amb perovskites com a tecnologia solar principal. S'espera que l'última ronda de finançament de la companyia li doni "els mitjans per planificar el següent pas, que és una gigafàbrica", diu Averdung.
Espera tenir 2 gigawatts (GW) de capacitat de producció en funcionament a finals del 2024 o aproximadament, i després afegir uns 2 GW per any, arribant a més de 10 GW al final de la dècada.
Inicialment, el mercat objectiu és, com ja es va assenyalar, el terrat residencial de primera qualitat, però “això canviarà un cop entrem en la producció a escala de GW, llavors podrem abordar, a més, el sector del terrat de petites dimensions comercials”, diu Averdung , i "tan aviat com passem a 5GW i més enllà, l'escala d'utilitat està a l'abast".
A escala de serveis públics, "tot es tracta de LCOE", observa, "suposant que el cost de la vostra terra és manejable", i amb una capacitat de producció de 5 GW "el nostre LCOE serà més competitiu que el de ningú, però això suposarà un pocs anys, és clar ”.
Al final, "pretenem convertir-nos en un dels principals actors en fotovoltaica", diu Averdung. I dominar el que Chris Case anomena la "màgia" de les perovskites podria ser la clau per assolir aquesta ambició.
