Framtiden för solceller

De första solcellerna, som utvecklades på 1950-talet för att driva kommunikationssatelliter, var mycket ineffektiva. Sedan dess har solcellseffektiviteten stigit stadigt medan kostnaderna har sjunkit, även om det fortfarande finns gott om utrymme för förbättringar. Förutom lägre kostnader och bättre effektivitet kommer framtida framsteg inom solcellsmaterial sannolikt att leda till bredare användning av solenergi för nya, miljövänliga applikationer.

Solceller var nyckeln till de första kommunikationssatelliterna eftersom få alternativ kunde producera pålitlig el under långa perioder, särskilt utan underhåll. De höga kostnaderna för en satellit motiverade att använda dyra solceller för kraft. Sedan dess har kostnaderna för solceller minskat avsevärt, vilket har lett till billiga mobila enheter som soldrivna räknare och mobiltelefonladdare. För storskalig kraftproduktion är kostnaden för varje watt elektricitet som produceras från solceller högre än alternativ som energi från kol eller kärnkraft. Den övergripande trenden för minskade kostnader för solceller kommer sannolikt att fortsätta inom överskådlig framtid.

En effektiv solcell producerar mer elektricitet från en viss mängd ljus jämfört med en ineffektiv. Effektiviteten beror på flera faktorer, inklusive material som används i solcellen, glaset som används för att täcka cellen och cellens elektriska ledningar. Förbättringar, till exempel material som omvandlar en större del av solens ljusspektrum till el, har radikalt ökat solcellseffektiviteten. Framtida framsteg kommer sannolikt att öka effektiviteten ytterligare och vrida mer elektrisk energi från ljuset.

En traditionell solcell är en platt bit kiselmaterial, täckt av glas och bunden till en metallpanel; det är effektivt men inte särskilt flexibelt. Aktuell forskning inom solcellsmaterial har lett till celler som är målade på en mängd olika ytor, inklusive papper och plastark. En annan teknik placerar en ultratunn filmfilm på glaset, vilket resulterar i ett fönster som släpper in ljus och producerar elektricitet. Större variation i solcellsmaterial i framtiden kan leda till soldriven husfärg, vägbeläggning, en päls som laddar din mobiltelefon och andra avancerade applikationer.

Framsteg inom nanoteknik, studiet av materialegenskaper på atom- och molekylnivåer, har stor potential för att förbättra solceller. Till exempel påverkar storleken på mikroskopiska partiklar i solcellsmaterial deras förmåga att absorbera specifika ljusfärger; genom att finjustera molekylernas storlek och form kan forskare öka sin effektivitet. Nanoteknik kan också en dag leda till en stationär 3D-skrivare som producerar atomiskt exakta solceller och andra enheter till mycket låg kostnad.

Även om solceller har stort löfte i framtida applikationer, kommer de också att strida mot några hårda fysiska gränser. Det är till exempel osannolikt att en helt soldriven personbil har prestanda eller nytta av en typisk nuvarande bensindriven modell. Även om soldrivna fordon har körts i tävlingar, är detta för det mesta högspecialiserade miljoner dollar prototyper som kräver soliga ökenförhållanden. Den begränsande faktorn är solljuset jorden får, vilket uppgår till 1000 watt per meter under ideala förhållanden. Den minsta praktiska elmotorn för en bil kräver cirka 40 kW energi; med 40 procents effektivitet betyder detta en solpanel på 100 kvadratmeter eller 1000 kvadratmeter i yta. Å andra sidan kan en praktisk solpanel en dag driva ett litet runfordon för enstaka användning eller utöka räckvidden för en plug-in hybrid. Den begränsade energin i solljus begränsar prestandan hos alla fordon som är beroende av solceller.