Sumber: nsenergybusiness.com
PV Oxford akan menjadi syarikat pertama yang menjual sel solar berasaskan silikon perovskite ke pasaran atas bumbung kediaman pada tahun depan.
PV Oxford menggunakan konsep "tandem" di mana filem nipis perovskite digunakan untuk sel utama silikon konvensional (Kredit: Oxford PV)
Oxford PV, yang menggambarkan dirinya sebagai "syarikat perovskite", merancang untuk menjadi pemain utama dalam apa yang dilihat sebagai masa depan semua elektrik berkuasa solar. James Varley, penulis untuk majalah Sistem Kuasa Moden, melihat bagaimana syarikat itu bertujuan untuk mencapai sasaran itu.
Tahun depan, jika semuanya berjalan, Oxford PV akan menjadi syarikat pertama yang menjual sel solar berasaskan silikon perovskite ke pasaran atas bumbung kediaman. Mereka akan mempunyai kecekapan yang berpotensi berubah-ubah permainan, kira-kira 20% lebih tinggi daripada teknologi penyandang semasa, sel silikon sahaja.
PV Oxford menggunakan konsep "tandem" di mana filem nipis perovskite digunakan untuk sel silikon konvensional (atau bawah) (ketebalan perovskite kira-kira 1/200 silikon).
Pendekatan seiring ini meningkatkan keupayaan untuk menangkap bahagian-bahagian tertentu spektrum solar, terutamanya pada tenaga tinggi, akhir biru, yang bermaksud bahawa sel tandem perovskite-on-silikon mempunyai had kecekapan teori 43% vs 29% untuk sel silikon sahaja.
Dalam amalan, kecekapan purata PV silikon kediaman yang dipasang setakat ini adalah dalam julat 15-20%, manakala maksimum "dunia sebenar" untuk silikon dianggarkan kira-kira 26%.
Sel-sel awal yang dihasilkan oleh Oxford PV tandem dijangka mencapai kecekapan kira-kira 27% pada mulanya, tetapi syarikat itu menjangkakan peningkatan yang mantap apabila teknologi berkembang pada tahun-tahun akan datang. "Kami mempunyai pelan hala tuju yang jelas untuk mengambil teknologi ini melebihi 30%," kata Ceo Frank Averdung.
Dr Chris Case, CTO di Oxford PV, menyatakan bahawa sejak 2014, apabila syarikat itu memutuskan untuk memberi tumpuan secara eksklusif pada seiring perovskite-Si, ia telah meningkatkan kecekapan sel solarnya kira-kira satu mata peratusan setahun secara purata dan mempunyai laluan dan asas teori untuk membangunkan lagi teknologi ini sepanjang jalan ke tinggi 30-an.
Sel penyelidikan yang menggunakan teknologi PV Oxford telah mencapai 29.52% (seperti yang diperakui oleh Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan AS), rekod dunia untuk sel-sel seiring perovskite-Si dan juga lebih baik daripada mana-mana sel penyelidikan persimpangan tunggal (yang mana rekod semasa, 29.2%, dipegang oleh sel yang menggunakan GaAs).
Perovskite pertama kali ditemui dalam bentuk mineral yang berlaku secara semula jadi (CaTiO3) pada tahun 1839 (kebetulan tahun yang sama dengan kesan fotovoltaik pertama kali diperhatikan, Chris Case menunjukkan). Tetapi ia hanya dalam sepuluh tahun yang lalu atau supaya potensi besar perovskites sintetik sebagai bahan untuk sel solar telah diiktiraf sepenuhnya.
Prof Henry Snaith, yang mengasaskan Oxford PV pada tahun 2010 untuk mengkomersialkan teknologi solar yang dipindahkan dari makmalnya di University of Oxford (dan merupakan ketua pegawai saintifik syarikat), telah memainkan peranan penting dalam halus ini, terutamanya melalui kertas yang diterbitkan dalam Sains pada tahun 2012, menggambarkan teknologi sel solar negeri pepejal yang berdaya maju menggunakan metal halus
Kemajuan sejak 10 tahun yang lalu amat pesat dan perovskites menarik minat yang semakin meningkat dalam bidang solar.
Seperti semua bahan yang digunakan dalam aplikasi sel solar, perovskites - yang mana formula kimia generik adalah ABX3, di mana A dan B adalah kasi dan X adalah anion - adalah separa konduktor.
"Perovskites akan di mana-mana dalam fotonik dan elektronik untuk 50-100 tahun akan datang," percaya Chris Case. "Ia adalah bahawa bahan yang menakjubkan."
Dari sudut sains bahan, "ada keunikan, sebab itu ia begitu baik," katanya lagi. "Setiap atom berorientasikan sebagai satu set oktahedra yang disusun di atas satu sama lain, dan berlapis. Bahawa twist membolehkan 'anomalous' peresap fotocurrent tinggi, dan itu cukup unik untuk struktur ini, dan orang mengeksploitasi hartanah ini ... Barangan ini hebat, ia adalah transformatif yang sukar dipercayai."
Juga, bahan-bahan yang digunakan untuk perovskites sintetik banyak, dan jumlah yang digunakan setiap unit output sel adalah sangat kecil. "Jadi, dari sudut sumber, teknologi ini mampu diskalakan ke tahap TW yang banyak," kata Case.
Dan serta menunjukkan kecekapan rekod, sel dan modul menggunakan teknologi PV Oxford juga telah "lulus ujian kebolehpercayaan standard industri yang diukur secara luaran daripada Suruhanjaya Elektroteknik Antarabangsa," katanya lagi.
Laluan ke pasaran
"Para saintis telah melakukan tugas mereka," kata Frank Averdung. "Mereka telah mengenal pasti bahan tersebut. Mereka telah membuat struktur. Mereka telah bekerja untuk menjadikannya stabil dan telah menangani kebimbangan mengenai ketahanan dan seumur hidup. Persoalannya kita perlu memikirkan jawapan sekarang ialah: bagaimana kita mengkomersialkannya?"
Cabarannya adalah salah satu yang dihadapi oleh hampir setiap permulaan dengan sesuatu yang baru, katanya. "Anda mempunyai pasaran yang mantap. Anda telah menubuhkan pemain pasaran. Anda mempunyai sesuatu yang jauh lebih baik. Tetapi bagaimana anda mendapatkan orang untuk memeluknya? Bagaimana anda membuat ia berlaku?"
Seperti yang beliau katakan, pemain yang ditubuhkan adalah syarikat berbilion dolar dan mereka telah melabur berbilion-bilion ke dalam infrastruktur pembuatan. "Adakah mereka benar-benar berminat untuk mengikis semua itu dan melakukan sesuatu yang baru?" tanya Averdung.
Berita baiknya ialah teknologi seiring dengan PV Oxford, dengan silikon sebagai sel utama, tidak memerlukan jettisoning teknologi pembuatan yang sedia ada dan "tidak mengganggu industri", dan ini adalah manfaat utama.
"Apabila kita meletakkan sel perovskite filem nipis di atas sel silikon 'primer', ia masih mempunyai faktor bentuk yang sama dan masih kelihatan seperti sel Si konvensional, tetapi voltan output lebih tinggi," kata Averdung. "Anda boleh menggunakan alat yang sama dan senyapkannya ke dalam modul yang sama. Saiz panel adalah sama. Semuanya sama. Tetapi anda mendapat lebih banyak kuasa keluar."
Dari segi penampilan pengguna akhir tidak akan melihat apa-apa perbezaan utama, kecuali ia akan "kelihatan sedikit lebih bagus", tambahnya.
Pada tahun 2015, Oxford PV menunjukkan bahawa sel seiring boleh dilaksanakan, tetapi perlu "membawanya ke faktor bentuk yang diperlukan", beliau menjelaskan, jadi memerlukan barisan pengeluaran juruterbang atau "kilang terpakai".
Hanya kilang sedemikian ditemui di Brandenburg der Havel, Jerman, dan diperolehi pada tahun 2016. "Ia adalah terlalu besar bagi kami masa itu tetapi sesuai untuk barisan juruterbang filem nipis kami", yang telah dan berjalan pada tahun 2017," kata Averdung.
"Peranan garis perintis adalah, dan masih, pada dasarnya pengoptimuman produk, mengambil semua keputusan dari makmal Oxford dan meningkatkan mereka membentuk faktor-bijak dan menjalankan ujian standard industri untuk mengesahkan bahawa sel-sel mencapai kebolehpercayaan yang diperlukan dan kestabilan jangka panjang, dan memenuhi keperluan industri."
Selama beberapa tahun, Oxford PV bekerja dengan rakan pembangunan bersama, sebuah syarikat yang sangat besar dalam perniagaan fotovoltaik, "pada dasarnya memberitahu kami apa yang industri mahu", kata Averdung.
Tetapi pada tahun 2018, beliau menambah bahawa "semua yang berubah", dan syarikat itu memutuskan "laluan terbaik dan terpantas untuk mengkomersialkan teknologi adalah untuk melakukannya sendiri, membolehkan kita menyimpan semua parameter teknologi di bawah kawalan kami supaya kita dapat memastikan bahawa produk, apabila ia datang ke pasaran adalah sesuai dengan permintaan pelanggan".
Ini memerlukan firma untuk mencari pelabur yang akan memasukkan wang ke dalamnya, membolehkan ia menubuhkan operasi pembuatan. "Kami bernasib baik", kata Averdung, kerana beberapa pelabur sokongan ditemui. Pemegang saham utama syarikat kini termasuk Equinor, Legal & General Capital, Goldwind dan Meyer-Burger.
Wang yang dimasukkan ke dalam syarikat oleh pelabur memungkinkan untuk menaik taraf kilang Brandenburg yang sebelum ini diperolehi dan, sebagai tambahan kepada garis perintis sudah ada, menubuhkan talian pembuatan sel seiring sepenuhnya di bahagian yang berbeza kemudahan.
Ini akan menjadi garis pembuatan kelantangan pertama di dunia untuk sel solar perovskite-on-silikon seiring dan dijangka mencapai kapasiti sasaran awal 100 megawatt (MW) sekitar Q2 tahun depan.
Sel-sel yang dijual kepada pembuat modul (pengaturan sudah ada), dan pasaran sasaran awal adalah sektor bumbung kediaman "premium". Dalam segmen pasaran ini, ruang adalah kekangan kritikal dan ketumpatan kuasa yang meningkat yang disediakan oleh sel seiring PV Oxford sangat menarik.
Dengan lebih banyak elektrik yang dijana sepanjang hayat pemasangan, terdapat kesanagat untuk membayar premium yang besar untuk modul kecekapan tinggi, Oxford PV percaya.
Averdung menunjukkan kos akaun sel-sel untuk sebahagian kecil daripada jumlah kos pemasangan PV atas bumbung kediaman, jadi peningkatan kos sel hanya mempunyai kesan yang agak kecil ke atas ekonomi keseluruhan berbanding dengan faedah peningkatan output.
Ke arah gigafactory
Barisan pembuatan 100-MW, dan pasaran atas bumbung kediaman, dilihat sebagai permulaan. Visi Oxford PV adalah dunia semua elektrik dengan perovskites sebagai teknologi solar arus perdana. Adalah diharapkan pusingan pembiayaan terbaru syarikat akan memberikannya "cara untuk merancang langkah seterusnya, yang merupakan gigafactory", kata Averdung.
Beliau berharap untuk mempunyai 2 gigawatt (GW) kapasiti pengeluaran yang beroperasi pada akhir 2024 atau di sana, dan kemudian menambah kira-kira 2GW setahun, mencapai lebih daripada 10GW menjelang akhir dekad.
Pada mulanya, pasaran sasaran adalah, seperti yang telah diperakui, bumbung kediaman premium, tetapi "ini akan berubah apabila kita masuk ke dalam pengeluaran skala GW, maka kita akan dapat menangani, di samping itu, sektor bumbung komersial kecil-kecilan", kata Averdung, dan "sebaik sahaja kita berpindah ke 5GW dan seterusnya, skala utiliti berada dalam jangkauan".
Pada skala utiliti, "ia adalah mengenai LCOE", dia memerhatikan, "dengan andaian kos tanah anda diuruskan", dan pada kapasiti pengeluaran 5-GW "LCOE kami akan lebih kompetitif daripada orang lain, tetapi itu akan mengambil masa beberapa tahun, tentu saja".
Pada akhirnya "kami berhasrat untuk menjadi salah satu pemain utama dalam fotovoltaik", kata Averdung. Dan menguasai apa yang Chris Case memanggil "sihir" perovskites boleh membuktikan menjadi kunci untuk mencapai cita-cita itu.
