Grätzelsolceller etapp 2

Övergripande mål

Projektets långsiktiga mål är att ta fram en kostnadseffektiv Grätzelsolcellsteknik för storskalig elproduktion samt att stärka den svenska Grätzelsolcellsforskningens internationella tätposition.

Marknad, kostnad och potential

Solceller bedöms på lång sikt bli en viktig del av den globala elförsörjningen. Den globala solcellsproduktionen har de senaste tio åren ökat med ca 30 % per år för att de senaste tre åren öka med nära 50 % per år. Marknaden förutspås fortsätta öka.

För att skapa en framgångsrik och uthållig industri för storskalig produktion av solceller krävs en teknik med hög verkningsgrad som kan massproduceras till låg kostnad. Grätzelsolceller bedöms ha potential för avsevärt lägre produktionskostnader än dagens konventionella kiselsolceller. Målet är en kostnad som är lägre än 1 euro per watt, vilket motsvarar ca 1 kr per kWh i Sverige. Om dessa kostnader kan nås blir solceller konkurrenskraftiga för elproduktion.

Eftersom elproduktion med solceller är koldioxidfri kommer en storskalig användning av Grätzelsolceller att bidra till minskad klimatpåverkan. Teknikens genomslag på marknaden väntas dock inte ske i Sverige i första hand. Därför är projektets mål på kort till medellång sikt främst att bidra till att utveckla näringslivet i Sverige.

Potentialen för Grätzelsolcellstekniken består av möjligheterna till:

• Låg produktionskostnad – erfarenheter från produktionsutveckling i traditionell masstillverkningsindustri (t.ex. pappers- och förpackningsindustri) kan användas
• Flexibel design – flexibiliteten i valet av materialkomponenter skapar designmöjligheter (olika färger, flexibla plastbaserade solceller, formbarhet) som är fördelaktiga vid integrering av solcellerna i andra produkter eller i byggnader
• Högeffektiva celler – nanotekniken och möjligheten att använda olika färgämnen eller så kallade quantum dots (halvledare i nanostorlek som beroende på storlek uppvisar olika absorptionsspektrum) gör nanostrukturerade solceller särskilt intressanta för utveckling av avancerade solcellstekniker, såsom tandemceller och system där en foton leder till excitation av fler än en elektron.

Mål
Projektets mål är att:

1. Demonstrera realiserbarheten hos de cellkoncept och processer som identifierats under 2005 genom att tillverka moduler med hög verkningsgrad som tillsammans med en kostnadsanalys visar möjligheterna till en produktionskostnad på 1 euro per watt.
2. Utförligt inventera möjligheterna att realisera Grätzelsolceller med en tillverkningskostnad understigande 0,5 euro per watt toppeffekt genom kontinuerlig tillverkning och/eller verkningsgrader överstigande 20 %.
3. Demonstrera hur de olika komponenternas energinivåer vid gränsskikten oxid/färgämne och färgämne/elektrolyt kan anpassas för att optimera solcellsverkningraden.
4. Utveckla sensiterade p-typ halvledarsystem med kvantutbyte över 0,5.
5. Tillverka en cell baserad på icke-flyktig elektrolyt som har en stabil verkningsgrad på minst 5 %.
6. Tillverka en cell baserad på organiska icke-metallbaserade färgämnen som har en verkningsgrad över 7 %.
7. Tillverka en cell med verkningsgrad över 8 %.
8. Tillverka en 60x60 cm2 modul med minst 4 % verkningsgrad för demonstration.
9. Hitta en potentiell producent av de Grätzelsolceller som blir resultat av forskningen.

Organisation
Den svenska Grätzelsolcellsverksamheten som från och med 2005 återfinns inom KTH:s Centrum för Molekylär Elektronik befinner sig i internationell tätposition. KTH-centret har sitt ursprung i verksamheterna inom Ångström Solar Center (ÅSC) vid Uppsala universitet och IVF Industriforskning och Utveckling AB i Mölndal. Inom KTH-centret drivs även andra projekt med annan finansiering. De olika projekten har sina individuella förutsättningar och mål men kommer, genom ett stort antal synergieffekter, ge samordningsvinster. Det aktuella projektet blir den aktivitet inom centret som utvecklar molekylär elektronik för solenergitillämpningar. Den del av projektet som genomförs vid KTH är av grundläggande forskningskaraktär medan den del som genomförs vid IVF är mer av teknikutvecklingskaraktär.

Gruppens industriella samarbetspartner är BASF AG. För utveckling av nya färgämnen och olika supramolekylära system för andra optoelektroniska tillämpningar, såsom produktion av vätgas och displayer, kommer projektet dra nytta av ett samarbete med State Key Laboratory of Fine Chemicals vid Dalian University of Technology i Kina.

Läs mer om projektet på www.moleculardevices.se