Fonte:nsenergybusiness.com
Oxford PV diventerà la prima azienda a vendere celle solari a base di silicio perovskite al mercato dei tetti residenziali il prossimo anno.
Oxford PV utilizza un concetto "tandem" in cui un sottile film di perovskite viene applicato a una cella primaria di silicio convenzionale (Credit: Oxford PV)
Oxford PV, che si descrive come "l'azienda perovskite", prevede di essere un attore chiave in quello che vede come il futuro completamente elettrico a energia solare. James Varley, uno scrittore per la rivista Modern Power Systems, dà un'occhiata a come il l'azienda mira a raggiungere tale obiettivo.
L'anno prossimo, se tutto andrà secondo i piani, Oxford PV diventerà la prima azienda a vendere celle solari a base di perovskite-silicio al mercato dei tetti residenziali. Avranno un'efficienza potenzialmente rivoluzionaria, circa il 20% in più rispetto all'attuale tecnologia esistente, le celle di solo silicio.
Oxford PV impiega un concetto "tandem" in cui un sottile film di perovskite viene applicato a una cella primaria (o inferiore) di silicio convenzionale (lo spessore della perovskite è circa 1/200 di quello del silicio).
Questo approccio in tandem migliora la capacità di catturare parti specifiche dello spettro solare, in particolare all'estremità blu ad alta energia, il che significa che la cella tandem perovskite su silicio ha un limite di efficienza teorica del 43% rispetto al 29% per il solo silicio cellule.
In pratica, l'efficienza media del fotovoltaico in silicio residenziale installato fino ad oggi è nell'intervallo del 15-20%, mentre il massimo "reale" per il silicio è stimato intorno al 26%.
Si prevede che le prime celle tandem fotovoltaiche Oxford prodotte commercialmente raggiungano un'efficienza di circa il 27% inizialmente, ma l'azienda prevede miglioramenti costanti man mano che la tecnologia si svilupperà nei prossimi anni. "Abbiamo una chiara tabella di marcia per portare questa tecnologia oltre il 30%", afferma il CEO Frank Averdung.
Il dott. Chris Case, CTO di Oxford PV, osserva che dal 2014, quando l'azienda ha deciso di concentrarsi esclusivamente sul tandem perovskite-Si, ha aumentato l'efficienza della sua cella solare di circa un punto percentuale all'anno in media e ha un percorso e le basi teoriche per sviluppare ulteriormente questa tecnologia fino agli anni '30.
Una cella di ricerca che utilizza la tecnologia fotovoltaica di Oxford ha già raggiunto il 29,52% (come certificato dal National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti), un record mondiale per le celle tandem perovskite-Si e anche migliore di qualsiasi cella di ricerca a giunzione singola (per la quale l'attuale record, 29,2%, è detenuto da una cella che utilizza GaAs).
La perovskite è stata scoperta per la prima volta nella sua forma minerale naturale (CaTiO3) nel 1839 (per coincidenza, lo stesso anno in cui è stato osservato per la prima volta l'effetto fotovoltaico, sottolinea Chris Case). Ma è solo negli ultimi dieci anni circa che l'enorme potenziale delle perovskiti sintetiche come materiale per le celle solari è stato pienamente riconosciuto.
Il professor Henry Snaith, che ha co-fondato Oxford PV nel 2010 per commercializzare la tecnologia solare trasferita dal suo laboratorio presso l'Università di Oxford (ed è il responsabile scientifico dell'azienda), ha svolto un ruolo chiave in questo, in particolare tramite un articolo pubblicato su Science nel 2012, descrivendo una valida tecnologia di celle solari a stato solido che impiega perovskite ad alogenuri metallici.
I progressi negli ultimi 10 anni sono stati notevolmente rapidi e le perovskiti stanno attirando un crescente interesse nel campo solare.
Come tutti i materiali utilizzati nelle applicazioni delle celle solari, le perovskiti – per le quali la formula chimica generica è ABX3, dove A e B sono cationi e X è l'anione – sono semiconduttori.
"Le perovskiti saranno onnipresenti nella fotonica e nell'elettronica per i prossimi 50-100 anni", ritiene Chris Case. "È un materiale così sbalorditivo."
Dal punto di vista della scienza dei materiali, "c'è un'unicità, ecco perché è così buono", aggiunge. “Ciascuno degli atomi è orientato come un insieme di ottaedri che sono impilati uno sopra l'altro e attorcigliati. Questa svolta consente un'elevata diffusione della fotocorrente "anomala", ed è praticamente unico per questa struttura, e le persone stanno sfruttando questa proprietà ... Questa roba è fantastica, è incredibilmente trasformativa. "
Inoltre, i materiali utilizzati per le perovskiti sintetiche sono abbondanti e la quantità utilizzata per unità di output cellulare è molto piccola. "Quindi, dal punto di vista delle risorse, la tecnologia è in grado di essere scalata a molti livelli TW", afferma Case.
E oltre a dimostrare un'efficienza record, le celle e i moduli che utilizzano la tecnologia fotovoltaica Oxford hanno anche "superato i test di affidabilità standard del settore misurati esternamente dalla Commissione elettrotecnica internazionale", aggiunge.
La strada per il mercato
"Gli scienziati hanno fatto il loro lavoro", afferma Frank Averdung. “Hanno identificato il materiale. Hanno fatto la struttura. Hanno lavorato per renderlo stabile e hanno affrontato le preoccupazioni sulla durata e la durata. La domanda a cui dobbiamo trovare una risposta ora è: come la commercializziamo?”
La sfida è quella che deve affrontare praticamente ogni start-up con qualcosa di nuovo, dice. “Hai un mercato consolidato. Hai affermato attori di mercato. Hai qualcosa di decisamente migliore. Ma come convincere la gente ad abbracciarlo? Come si fa a farlo accadere?"
Come sottolinea, i giocatori affermati sono aziende multimiliardari e hanno investito miliardi in un'infrastruttura di produzione. "Sono davvero interessati a scartare tutto questo e fare qualcosa di nuovo?" chiede Averdung.
La buona notizia è che la tecnologia tandem Oxford PV, con il silicio come cella primaria, non richiede l'abbandono della tecnologia di produzione esistente e "non interrompe l'industria", e questo è un grande vantaggio.
"Quando mettiamo una cella di perovskite a film sottile sopra la cella "primaria" di silicio, ha ancora lo stesso fattore di forma e sembra ancora una cella di Si convenzionale, ma la tensione di uscita è più alta", afferma Averdung. “Puoi usare gli stessi strumenti e inserirli negli stessi moduli. La dimensione del pannello è la stessa. Tutto è lo stesso. Ma ottieni molta più potenza."
In termini di aspetto, l'utente finale non noterà alcuna differenza sostanziale, tranne che "sarà un po' più bello", aggiunge.
Nel 2015, Oxford PV ha dimostrato che la cella tandem era fattibile, ma aveva bisogno di "portarla al fattore di forma richiesto", spiega, quindi era necessaria una linea di produzione pilota o una "fabbrica usata".
Proprio una fabbrica del genere è stata trovata a Brandenburg an der Havel, in Germania, e acquisita nel 2016. "Era troppo grande per noi quella volta, ma era perfetta per la nostra linea pilota a film sottile", che era operativa nel 2017 ", afferma Averdung.
“Il ruolo della linea pilota era, ed è tuttora, essenzialmente l'ottimizzazione del prodotto, prendendo tutti i risultati dal laboratorio di Oxford e scalandoli dal punto di vista del fattore di forma ed eseguendo test standard del settore per verificare che le celle raggiungano i requisiti richiesti affidabilità e stabilità a lungo termine, soddisfacendo le esigenze del settore”.
Per alcuni anni, Oxford PV ha lavorato con un partner di sviluppo congiunto, una società molto grande nel settore del fotovoltaico, "in pratica dicendoci cosa vorrebbe l'industria", afferma Averdung.
Ma nel 2018, aggiunge che "tutto ciò che è cambiato" e l'azienda ha deciso che "la strada migliore e più veloce per la commercializzazione della tecnologia sarebbe stata quella di farlo da soli, consentendoci di mantenere tutti i parametri della tecnologia sotto il nostro controllo, quindi abbiamo potevi essere certi che il prodotto, quando arrivava sul mercato, si adattava perfettamente alle richieste dei clienti”.
Ciò ha richiesto all'azienda di trovare investitori che avrebbero investito in essa, consentendole di avviare un'operazione di produzione. "Siamo stati fortunati", afferma Averdung, poiché sono stati trovati numerosi investitori favorevoli. I principali azionisti della società ora includono Equinor, Legal& General Capital, Goldwind e Meyer-Burger.
I soldi investiti nella società dagli investitori hanno permesso di aggiornare lo stabilimento di Brandeburgo precedentemente acquisito e, oltre alla linea pilota già presente, stabilire una linea completa di produzione di celle tandem in una parte diversa della struttura.
Questa sarà la prima linea di produzione di volume al mondo per celle solari tandem perovskite su silicio e si prevede che raggiungerà una capacità target iniziale di 100 megawatt (MW) intorno al secondo trimestre del prossimo anno.
Le celle vengono vendute ai produttori di moduli (gli accordi sono già in atto) e il mercato di riferimento iniziale è il settore dei tetti residenziali "premium". In questo segmento di mercato, lo spazio è un vincolo critico e la maggiore densità di potenza fornita dalla cella tandem Oxford PV è particolarmente interessante.
Con molta più elettricità generata durante il ciclo di vita dell'impianto, c'è la disponibilità a pagare premi sostanziali per i moduli ad alta efficienza, secondo Oxford PV.
Averdung sottolinea che i costi delle celle rappresentano una proporzione relativamente piccola dei costi totali di un'installazione FV residenziale sul tetto, quindi l'aumento dei costi delle celle ha solo un effetto relativamente piccolo sull'economia complessiva rispetto ai benefici di un aumento della produzione.
Verso la gigafabbrica
La linea di produzione da 100 MW e il mercato dei tetti residenziali sono visti solo come l'inizio. La visione di Oxford PV è un mondo completamente elettrico con le perovskiti come tecnologia solare tradizionale. Si spera che l'ultimo round di finanziamento dell'azienda dia “i mezzi per pianificare il prossimo passo, che è una gigafactory”, afferma Averdung.
Spera di avere 2 gigawatt (GW) di capacità produttiva in funzione entro la fine del 2024 o giù di lì, e quindi di aggiungere circa 2 GW all'anno, raggiungendo più di 10 GW entro la fine del decennio.
Inizialmente, il mercato di riferimento è, come già notato, il tetto residenziale premium, ma "questo cambierà una volta che entreremo nella produzione su scala GW, quindi saremo in grado di affrontare, inoltre, il settore dei tetti commerciali di piccole dimensioni", afferma Averdung e "non appena ci spostiamo a 5GW e oltre, la scala di utilità è a portata di mano".
A livello di utilità, "è tutta una questione di LCOE", osserva, "supponendo che il costo della tua terra sia gestibile", e con una capacità di produzione di 5 GW "il nostro LCOE sarà più competitivo di chiunque altro, ma ciò richiederà un qualche anno, certo”.
Alla fine “intendiamo diventare uno dei principali attori del fotovoltaico”, afferma Averdung. E padroneggiare ciò che Chris Case chiama la "magia" delle perovskiti potrebbe rivelarsi la chiave per raggiungere tale ambizione.
