Solceller, halvledere og problemstillinger

Denne artikkelen tar for seg solceller og enkelte relevante problemstillinger i forhold til miljø, virkningsgrad, økonomi og bærekraftighet.

Solcellepanel er sammensett av flere celler med et fotoelektrisk materiale som omdanner solens energirike stråler til likestrøm. De fotoelektriske materialene som er viktig i solceller kommer hovedsakelig fra grunnstoffet silisium. Den viktige egenskapen til materialet, er at det er en halvleder. Silisium er den mest brukte halvlederen i solceller, i stor grad på grunn av dens tilgjengelighet. Det er det nest mest vanlige elementet i jordens skorpe, og utgjør 25,7 % med hensyn på dens vekt.¹

På grunn av den økende forespørselen etter fornybare energikilder har produksjon av solceller økt betraktelig de siste årene.² Mot slutten av 2008 lå verdens totalt installerte effekt på 16 GW.³

Problemstillinger rundt solcellen dreier seg om hvordan man kan (I) effektivisere silisium- materialet, (II) utnytte et større spekter av solens stråler og (III) hvordan man kan energi- og kostnadseffektivisere utvinningen av silisium.

(I) For at en solcelle skal være så effektiv så mulig, må den være opp mot 100% ren. Dette er noe som jobbes hardt med, og forskere har i dag klart å utvinne opp imot 99,999 % ren silisium.⁴

(II) Utnyttelsen av solens ulike bølgelenger er, som sagt, et essensielt aspekt for å øke virkningsgraden. Vi må dermed jobbe med å utvikle silisiumsammensetninger, men også andre halvledere som germanium og gallium (III) arsenid.⁵ I dag brukes enkelte slike kombinasjoner i høyeffekt- solceller. Prinsippet for slike solceller er at materialer blir lagt lag på lag, hvor hvert lag skal fange opp ulike bølgelengder. Den høyeste energien fanges opp øverst i solcellen, mens de lavere i de nederste lagene.

(III)Den siste problemstillingen om energieffektivitet er også viktig slik at vi kan gjøre hele energiprosessen, fra utvinning til energiproduksjon, så miljøvennlig og fornybar som mulig. Når vi f.eks i dag hører om den fornybare og rene energien som lages ved solceller er dette en uttalelse med enkelte forbehold. Dette er foreløpig ikke helt realistisk. Produksjonen av solceller er en energikrevende prosess som involverer en del CO2-utslipp. Legg merke til at dette er tilfellet med produksjonen, og ikke driften som er ren og fornybar. Elkem Solar, Norges største silisiumprodusent, søkte i 2006 om å få produsere 5000 tonn silisium i året.⁶ SINTEF har beregnet at det produseres 2,7 tonn CO2 per tonn silisium produsert.⁷

1. Mineral Information Institute. Silicon or Silica. Hentet 10. april 2010, fra http://www.mii.org/Minerals/photosil.html [↩]
2. Bullis, K. (23. juni 2006). Large-Scale, Cheap Solar Energy. Technology Review. Hentet 5. april 2010, fra http://www.technologyreview.com/read_article.aspx?id=17025&ch=biztech&a=f

   - Renewable Energy World. (23. mars 2007). BP Solar to Expand its Solar Cell Plants in Spain and India. Hentet 5. april 2010, fra http://www.renewableenergyworld.com/rea/news/article/2007/03/bp- solar-to -expand-its-solar-cell-plants-in-spain-and-india-47861

   - Solar Buzz. (August 2007). Solar Energy. Hentet 5. april 2010, fra http://www.solarbuzz.com/FastFactsGermany.htm [↩]

3. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. (2009). Global Status Report 2009 update. Hentet 16. april 2010, fra http://www.ren21.net/pdf/RE_GSR_2009_update.pdf [↩]
4. Sinha, A. (2007) Low-Cost Solar Cells and Methods for their Production. Hentet 14. april 2010, fra http://www.faqs.org/patents/app/20090120492 [↩]
5. Mineral Information Institute. Silicon or Silica. Hentet 10. april 2010, fra http://www.mii.org/Minerals/photosil.html [↩]
6. Elkem Solar. (8. september 2006). Søknad om utslippstillatelse. Hentet 14. april 2010, fra http://pa.kristiansand.kommune.no/politiske_filer/2006%5CFORMAN%5C2006041646-269253.PDF [↩]
7. Ryvik, H. (14. mars 2008). Trekull gir CO2-kutt for solceller. Renenergi, 2008 (nr.2), s.3. Hentet 15. april 2010, frahttp://www.forskingsradet.no/no/Nyheter/Trekull+gir+CO2kutt+for+solceller/1226993861274 [↩]