Kaynak: nsenergybusiness.com
Oxford PV, gelecek yıl konut çatı pazarına perovskit silikon bazlı güneş pilleri satan ilk şirket olacak.
Oxford PV, geleneksel bir silikon birincil hücreye ince bir perovskit filminin uygulandığı bir "tandem" konsepti kullanır (Kredi: Oxford PV)
Kendisini "perovskit şirketi" olarak tanımlayan Oxford PV, güneş enerjisiyle çalışan tamamen elektrikli gelecek olarak gördüğü geleceğin kilit oyuncularından biri olmayı planlıyor. Modern Power Systems dergisi yazarı James Varley, şirketin bu hedefe nasıl ulaşmayı hedeflediğine bir göz atıyor.
Gelecek yıl, her şey plana göre giderse, Oxford PV konut çatı pazarına perovskit silikon bazlı güneş pilleri satan ilk şirket olacak. Mevcut görevdeki teknolojiden yaklaşık% 20 daha yüksek, sadece silikon hücrelerden yaklaşık% 20 daha yüksek potansiyel olarak oyun değiştiren bir verimliliğe sahip olacak.
Oxford PV, geleneksel bir silikon birincil (veya alt) hücreye ince bir perovskit filminin uygulandığı bir "tandem" kavramı kullanır (perovskit kalınlığı silikonun yaklaşık 1/200'ü kadardır).
Bu tandem yaklaşımı, özellikle yüksek enerjili, mavi uçta güneş spektrumunun belirli kısımlarını yakalama yeteneğini geliştirir, yani perovskit-on-silicon tandem hücre, yalnızca silikon hücreler için% 43'e karşı% 29 teorik verimlilik sınırına sahiptir.
Uygulamada, bugüne kadar kurulan konut silikon PV'sinin ortalama verimliliği% 15-20 aralığındayken, silikon için "gerçek dünya" maksimumunun yaklaşık% 26 olduğu tahmin edilmektedir.
Ticari olarak üretilen erken oxford PV tandem hücrelerinin başlangıçta yaklaşık% 27'lik bir verimlilik elde etmesi bekleniyor, ancak şirket önümüzdeki yıllarda teknoloji geliştikçe istikrarlı iyileştirmeler bekliyor. CEO Frank Averdung, "Bu teknolojiyi %30'un ötesine çıkarmak için net bir yol haritamız var" diyor.
Oxford PV CTO'su Dr Chris Case, şirketin sadece perovskit-Si tandemine odaklanmaya karar verdiği 2014 yılından bu yana, güneş pilinin verimliliğini yılda ortalama yüzde bir puan artırdığını ve bu teknolojiyi yüksek 30'lara kadar daha da geliştirmek için bir yolu ve teorik temelleri olduğunu belirtiyor.
Oxford PV teknolojisini kullanan bir araştırma hücresi, perovskit-Si tandem hücreleri için bir dünya rekoru olan ve aynı zamanda herhangi bir tek kavşak araştırma hücresinden daha iyi olan %29,52'ye (ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı tarafından onayladığı gibi) ulaşmıştır (bunun için mevcut kayıt, %29,2'si GaAs kullanan bir hücre tarafından tutulmaktadır).
Perovskit ilk olarak 1839'da doğal olarak oluşan mineral formunda (CaTiO3) keşfedildi (tesadüfen fotovoltaik etkinin ilk gözlemlendiği yıl, Chris Case işaret ediyor). Ancak sadece son on yıl içinde, sentetik perovskitlerin güneş pilleri için bir malzeme olarak büyük potansiyeli tam olarak tanındı.
Oxford Üniversitesi'ndeki laboratuvarından aktarılan güneş teknolojisini ticarileştirmek için 2010 yılında Oxford PV'yi kuran (ve şirketin baş bilimsel sorumlusu olan) Prof Henry Snaith, özellikle 2012'de Science dergisinde yayınlanan ve metal halide perovskit kullanan uygulanabilir bir katı hal güneş pili teknolojisini tanımlayan bir makale aracılığıyla bunda önemli bir rol oynadı.
Son 10 yıldaki ilerleme son derece hızlıydı ve perovskitler güneş alanına artan ilgi çekiyor.
Güneş pili uygulamalarında kullanılan tüm malzemeler gibi, jenerik kimyasal formülün ABX3 olduğu, A ve B'nin katyon, X'in ise anayon olduğu perovskitler yarı iletkenlerdir.
Chris Case, "Perovskitler önümüzdeki 50-100 yıl boyunca fotonik ve elektronikte her yerde olacak." diyor. "Bu çarpıcı bir malzeme."
Malzeme bilimi açısından bakıldığında, "bir benzersizlik var, bu yüzden bu kadar iyi", diye ekliyor. "Atomların her biri, üst üste yığılmış ve bükülmüş bir oktahedra kümesi olarak yönlendirilir. Bu bükülme 'anormal' yüksek fotocurrent difüzyon sağlar ve bu yapıya hemen hemen benzersizdir ve insanlar bu özelliği sömürüyorlar... Bu şey harika, inanılmaz derecede dönüştürücü."
Ayrıca, sentetik perovskitler için kullanılan malzemeler boldur ve hücre çıkış birimi başına kullanılan miktar çok azdır. Case, "Bu nedenle, kaynaklar açısından, teknoloji birçok TW seviyesine ölçeklendirilebiliyor," diyor.
Ayrıca, Oxford PV teknolojisini kullanan hücreler ve modüller rekor verimlilik göstermenin yanı sıra "Uluslararası Elektroteknik Komisyonu'ndan dışarıdan ölçülen endüstri standardı güvenilirlik testlerinden geçti" diye ekliyor.
Pazara giden yol
Frank Averdung, "Bilim adamları işlerini yaptılar" diyor. "Malzemeyi teşhis ettiler. Yapıyı yaptılar. İstikrarlı hale getirmek için çalıştılar ve dayanıklılık ve yaşam süresi ile ilgili endişeleri ele aldılar. Şimdi bir cevap bulmamız gereken soru şu: Bunu nasıl ticarileştireceğiz?"
Yetkili, zorluğun hemen hemen her start-up'ın yeni bir şeyle karşı karşıya kaldığı bir zorluk olduğunu söylüyor. "Kurulu bir pazarınız var. Piyasa oyuncuları belirlediniz. Çok daha iyi bir şeyin var. Ama insanların bunu benimsemesini nasıl istiyorsun? Bunu nasıl meydana getiriyorsun?"
Onun da belirttiği gibi, yerleşik oyuncular milyar dolarlık şirketler ve bir üretim altyapısına milyarlar yatırdılar. Averdung, "Tüm bunları hurdaya çıkarmak ve yeni bir şey yapmakla gerçekten ilgileniyorlar mı?" diye soruyor.
İyi haber şu ki, birincil hücre olarak silikon olan Oxford PV tandem teknolojisi, mevcut üretim teknolojisinin atılmasını gerektirmez ve "endüstriyi bozmaz", ve bu büyük bir faydadır.
Averdung, "Silikon 'birincil' hücrenin üstüne ince bir film perovskit hücresi koyduğumda, hala aynı form faktörüne sahip ve hala geleneksel bir Si hücresi gibi görünüyor, ancak çıkış voltajı daha yüksek" diyor. "Aynı araçları kullanabilir ve aynı modüllere takabilirsiniz. Panel boyutu aynıdır. Her şey aynı. Ama önemli ölçüde daha fazla elektrik kesintisi elde edersiniz."
Görünüm açısından son kullanıcının "biraz daha güzel görünmesi" dışında büyük bir fark fark etmeyecektir, diye ekliyor.
2015 yılında Oxford PV, tandem hücrenin uygulanabilir olduğunu, ancak "gerekli form faktörüne getirmesi" gerektiğini, bu nedenle bir pilot üretim hattı veya "kullanılmış fabrika" gerektirdiğini açıklıyor.
Brandenburg an der Havel, Almanya'da böyle bir fabrika bulundu ve 2016 yılında satın alındı. Averdung, "O zamanlar bizim için çok büyüktü, ancak 2017'de çalışan ince film pilot hattımız için mükemmel bir uyumdu", diyor.
"Pilot hattın rolü, esasen ürün optimizasyonuydu, Oxford laboratuvarından tüm sonuçları aldı ve form faktörü açısından ölçeklendirdi ve hücrelerin gerekli güvenilirliği ve uzun vadeli istikrarı elde ettiğini doğrulamak ve endüstri ihtiyaçlarını karşılamak için endüstri standardı testler gerçekleştirdi."
Averdung, Oxford PV'nin birkaç yıl boyunca ortak bir geliştirme ortağı, fotovoltaik işinde çok büyük bir şirketle çalıştığını ve "temelde sektörün ne isteyeceğini söylediğini" söylüyor.
Ancak 2018'de "her şeyin değiştiğini" ve şirketin "teknolojinin ticarileştirilmesi için en iyi ve en hızlı yolun bunu kendimiz yapmak olacağına karar verdiğini, böylece ürünün pazara geldiğinde müşteri taleplerine mükemmel bir uyum sağladığından emin olabilmemiz için teknolojinin tüm parametrelerini kontrolümüz altında tutmamızı sağlayacağına" karar verdi.
Bu, firmanın bir üretim operasyonu kurmasını sağlayacak yatırımcıları bulmasını gerektiriyordu. Averdung, bir dizi destekleyici yatırımcı bulunduğu için "Şanslıydık" diyor. Şirketin başlıca hissedarları arasında Equinor, Legal &General Capital, Goldwind ve Meyer-Burger bulunmaktadır.
Yatırımcılar tarafından şirkete konulan para, daha önce satın alınan Brandenburg fabrikasını yükseltmeyi ve zaten orada bulunan pilot hatta ek olarak, tesisin farklı bir bölümünde tam bir tandem hücre üretim hattı kurmayı mümkün kıldı.
Bu, perovskit-on-silikon tandem güneş pilleri için dünyanın ilk hacimli üretim hattı olacak ve önümüzdeki yıl 2Ç civarında 100 megavatlık (MW) ilk hedef kapasiteye ulaşması bekleniyor.
Hücreler modül üreticilerine satılıyor (düzenlemeler zaten yürürlükte) ve ilk hedef pazar "premium" konut çatı sektörü. Pazarın bu segmentinde, alan kritik bir kısıtlamadır ve Oxford PV tandem hücresi tarafından sağlanan artan güç yoğunluğu özellikle çekicidir.
Oxford PV, kurulumun ömrü boyunca üretilen çok daha fazla elektrikle, yüksek verimli modüller için önemli primler ödemeye istekli olduğuna inanıyor.
Averdung, hücrelerin maliyetlerinin bir konut çatı PV kurulumunun toplam maliyetlerinin nispeten küçük bir oranını oluşturduğuna dikkat çekiyor, bu nedenle artan hücre maliyetleri, artan çıktının faydalarına kıyasla genel ekonomi üzerinde sadece nispeten küçük bir etkiye sahip.
Gigafactory'ye doğru
100 MW'lı üretim hattı ve konut çatı pazarı sadece bir başlangıç olarak görülüyor. Oxford PV'nin vizyonu, ana akım güneş enerjisi teknolojisi olarak perovskitlere sahip tamamen elektrikli bir dünyadır. Averdung, şirketin son finansman turunun "bir sonraki adımı planlamak için araç" vermesinin umulduğunu söylüyor.
2024'ün sonuna kadar 2 gigavat (GW) üretim kapasitesine sahip olmayı ve daha sonra yılda yaklaşık 2GW eklemeyi ve on yılın sonunda 10GW'tan fazlasına ulaşmayı umuyor.
Başlangıçta, hedef pazar, daha önce de belirtildiği gibi, premium konut çatısıdır, ancak "GW ölçeği üretimine girdiğimizde bu değişecektir, o zaman küçük ticari çatı sektörüne de hitap edebileceğiz" diyor Averdung ve "5GW ve ötesine geçtiğimiz anda, hizmet ölçeğine ulaşılabilecek bir yerde".
Yardımcı program ölçeğinde, "her şey LCOE ile ilgili", "arazinizin maliyetinin yönetilebilir olduğunu varsayarsak" ve 5 GW üretim kapasitesinde "LCOE'miz herkesinkinden daha rekabetçi olacak, ancak bu elbette birkaç yıl sürecek" diye gözlemliyor.
Sonunda "fotovoltaikte önemli oyunculardan biri olmak niyetindeyiz" diyor Averdung. Ve Chris Case'in perovskitlerin "büyüsü" olarak adlandırdığı şeye hakim olmak, bu tutkuya ulaşmanın anahtarı olabilir.
