Fuente: nsenergybusiness.com
Oxford PV se convertirá en la primera empresa en vender células solares basadas en perovskita-silicio al mercado de techos residenciales el próximo año.
Oxford PV emplea un concepto de "tándem" en el que se aplica una fina película de perovskita a una celda primaria de silicio convencional (Crédito: Oxford PV)
Oxford PV, que se describe a sí misma como "la empresa de perovskita", planea ser un actor clave en lo que ve como el futuro totalmente eléctrico de energía solar. James Varley, escritor de la revista Modern Power Systems, analiza cómo empresa tiene como objetivo alcanzar ese objetivo.
El año que viene, si todo sale según lo planeado, Oxford PV se convertirá en la primera empresa en vender células solares basadas en perovskita-silicio al mercado de las azoteas residenciales. Tendrán una eficiencia potencialmente revolucionaria, aproximadamente un 20% más alta que la tecnología actual, las células de solo silicio.
Oxford PV emplea un concepto de "tándem" en el que se aplica una película delgada de perovskita a una celda primaria (o inferior) de silicio convencional (el espesor de la perovskita es aproximadamente 1/200 del silicio).
Este enfoque en tándem mejora la capacidad de capturar partes específicas del espectro solar, particularmente en el extremo azul de alta energía, lo que significa que la celda en tándem de perovskita sobre silicio tiene un límite de eficiencia teórico del 43% frente al 29% para el silicio solo. células.
En la práctica, la eficiencia promedio de la energía fotovoltaica de silicio residencial instalada hasta la fecha está en el rango de 15-20%, mientras que el máximo del "mundo real" para el silicio se estima en alrededor del 26%.
Se espera que las primeras celdas en tándem Oxford PV producidas comercialmente alcancen una eficiencia de alrededor del 27% inicialmente, pero la compañía anticipa mejoras constantes a medida que la tecnología se desarrolle en los próximos años. “Tenemos una hoja de ruta clara para llevar esta tecnología más allá del 30%”, dice el CEO Frank Averdung.
El Dr. Chris Case, director de tecnología de Oxford PV, señala que desde 2014, cuando la compañía decidió centrarse exclusivamente en el tándem perovskita-Si, ha aumentado la eficiencia de su célula solar aproximadamente en un punto porcentual por año en promedio y tiene un camino y los fundamentos teóricos para desarrollar aún más esta tecnología hasta los 30.
Una célula de investigación que emplea la tecnología PV de Oxford ya ha alcanzado el 29,52% (según lo certificado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU.), Un récord mundial de células en tándem de perovskita-Si y también mejor que cualquier célula de investigación de unión única (para la cual el récord actual, 29,2%, está en manos de una célula que emplea GaAs).
La perovskita se descubrió por primera vez en su forma mineral natural (CaTiO3) en 1839 (coincidentemente el mismo año en que se observó por primera vez el efecto fotovoltaico, señala Chris Case). Pero solo en los últimos diez años se ha reconocido plenamente el enorme potencial de las perovskitas sintéticas como material para las células solares.
El profesor Henry Snaith, quien cofundó Oxford PV en 2010 para comercializar tecnología solar transferida desde su laboratorio en la Universidad de Oxford (y es el director científico de la compañía), ha desempeñado un papel clave en esto, en particular a través de un artículo publicado en Science. en 2012, describiendo una tecnología viable de células solares de estado sólido que emplea perovskita de haluro metálico.
El progreso durante los últimos 10 años ha sido notablemente rápido y las perovskitas están atrayendo un interés creciente en el campo solar.
Como todos los materiales utilizados en aplicaciones de células solares, las perovskitas, cuya fórmula química genérica es ABX3, donde A y B son cationes y X es el anión, son semiconductores.
“Las perovskitas serán omnipresentes en la fotónica y la electrónica durante los próximos 50-100 años”, cree Chris Case. "Es un material tan impresionante".
Desde el punto de vista de la ciencia de los materiales, "hay una singularidad, por eso es tan bueno", agrega. “Cada uno de los átomos está orientado como un conjunto de octaedros que se apilan uno encima del otro y se retuercen. Ese giro permite una alta difusión de fotocorriente 'anómala', y eso es bastante exclusivo de esta estructura, y la gente está explotando esta propiedad ... Esto es genial, es increíblemente transformador ".
Además, los materiales utilizados para las perovskitas sintéticas son abundantes y la cantidad utilizada por unidad de producción de celda es muy pequeña. “Por lo tanto, desde el punto de vista de los recursos, la tecnología se puede escalar al nivel de muchos TW”, dice Case.
Y además de demostrar una eficiencia récord, las celdas y módulos que utilizan la tecnología PV de Oxford también han "superado las pruebas de confiabilidad estándar de la industria medidas externamente de la Comisión Electrotécnica Internacional", agrega.
La ruta al mercado
"Los científicos han hecho su trabajo", dice Frank Averdung. “Han identificado el material. Han hecho la estructura. Han trabajado para hacerlo estable y han abordado las preocupaciones sobre la durabilidad y la vida útil. La pregunta a la que tenemos que encontrar una respuesta ahora es: ¿cómo lo comercializamos? ”.
El desafío es uno que enfrentan casi todas las empresas emergentes con algo nuevo, dice. “Tienes un mercado establecido. Ha establecido actores del mercado. Tienes algo significativamente mejor. Pero, ¿cómo logras que la gente lo acepte? ¿Cómo haces que suceda?"
Como señala, los actores establecidos son empresas multimillonarias y han invertido miles de millones en una infraestructura de fabricación. "¿Están realmente interesados en eliminar todo eso y hacer algo nuevo?" pregunta Averdung.
La buena noticia es que la tecnología en tándem fotovoltaica de Oxford, con silicio como celda principal, no requiere deshacerse de la tecnología de fabricación existente y “no perturba la industria”, y este es un beneficio importante.
“Cuando colocamos una celda de perovskita de película delgada encima de la celda 'primaria' de silicio, todavía tiene el mismo factor de forma y todavía parece una celda de Si convencional, pero el voltaje de salida es más alto”, dice Averdung. “Puede utilizar las mismas herramientas e insertarlas en los mismos módulos. El tamaño del panel es el mismo. Todo es lo mismo. Pero obtienes mucho más poder ".
En términos de apariencia, el usuario final no notará ninguna diferencia importante, excepto que “se verá un poco mejor”, agrega.
En 2015, Oxford PV demostró que la celda en tándem era factible, pero necesitaba "llevarla al factor de forma requerido", explica, por lo que requería una línea de producción piloto o una "fábrica usada".
Se encontró una fábrica de este tipo en Brandenburg an der Havel, Alemania, y se adquirió en 2016. “Era demasiado grande para nosotros en ese momento, pero encajaba perfectamente con nuestra línea piloto de película delgada”, que estaba en funcionamiento en 2017 ”, Dice Averdung.
“El papel de la línea piloto fue, y sigue siendo, esencialmente la optimización del producto, tomando todos los resultados del laboratorio de Oxford y escalando por factor de forma y llevando a cabo pruebas estándar de la industria para verificar que las celdas estén logrando los requisitos requeridos. confiabilidad y estabilidad a largo plazo, y satisfaciendo las necesidades de la industria ".
Durante algunos años, Oxford PV trabajó con un socio de desarrollo conjunto, una empresa muy grande en el negocio de la energía fotovoltaica, “básicamente diciéndonos qué querría la industria”, dice Averdung.
Pero en 2018, agrega que “todo eso cambió”, y la empresa decidió que “la mejor y más rápida ruta para la comercialización de la tecnología sería hacerlo nosotros mismos, lo que nos permite mantener todos los parámetros de la tecnología bajo nuestro control para que podamos podía estar seguro de que el producto, cuando llegó al mercado, se ajustaba perfectamente a las demandas de los clientes ”.
Esto requería que la empresa encontrara inversionistas que pusieran dinero en ella, lo que le permitía establecer una operación de fabricación. “Tuvimos suerte”, dice Averdung, ya que se encontró una serie de inversores de apoyo. Los principales accionistas de la compañía ahora incluyen Equinor, Legal& General Capital, Goldwind y Meyer-Burger.
El dinero invertido en la empresa por los inversores permitió mejorar la fábrica de Brandeburgo previamente adquirida y, además de la línea piloto que ya estaba allí, establecer una línea de fabricación de células en tándem completa en una parte diferente de la instalación.
Esta será la primera línea de fabricación en volumen del mundo para células solares en tándem de perovskita sobre silicio y se espera que alcance una capacidad objetivo inicial de 100 megavatios (MW) alrededor del segundo trimestre del próximo año.
Las celdas se están vendiendo a los fabricantes de módulos (ya se han establecido acuerdos) y el mercado objetivo inicial es el sector de techos residenciales “premium”. En este segmento del mercado, el espacio es una limitación crítica y la mayor densidad de potencia proporcionada por la celda en tándem Oxford PV es particularmente atractiva.
Con mucha más electricidad generada durante la vida útil de la instalación, existe la voluntad de pagar primas sustanciales por módulos de alta eficiencia, cree Oxford PV.
Averdung señala que los costos de las celdas representan una proporción relativamente pequeña de los costos totales de una instalación fotovoltaica residencial en un tejado, por lo que el aumento de los costos de las celdas tiene solo un efecto relativamente pequeño en la economía general en comparación con los beneficios de una mayor producción.
Hacia la gigafábrica
La línea de fabricación de 100 MW y el mercado de techos residenciales se consideran solo el comienzo. La visión de Oxford PV es un mundo totalmente eléctrico con perovskitas como tecnología solar convencional. Se espera que la última ronda de financiación de la compañía le dé “los medios para planificar el siguiente paso, que es una gigafábrica”, dice Averdung.
Espera tener 2 gigavatios (GW) de capacidad de producción en funcionamiento para fines de 2024 o más o menos, y luego agregar aproximadamente 2 GW por año, alcanzando más de 10 GW para fines de la década.
Inicialmente, el mercado objetivo es, como ya se ha señalado, los tejados residenciales premium, pero "esto cambiará una vez que entremos en la producción a escala GW, entonces podremos abordar, además, el sector de los tejados de pequeñas empresas comerciales", dice Averdung. , y "tan pronto como pasemos a 5GW y más allá, la escala de servicios públicos estará al alcance".
A escala de servicios públicos, "se trata de LCOE", observa, "asumiendo que el costo de su tierra es manejable", y con una capacidad de producción de 5 GW "nuestro LCOE será más competitivo que el de cualquier otra persona, pero eso requerirá un unos años, claro ”.
Al final, “pretendemos convertirnos en uno de los principales actores de la energía fotovoltaica”, dice Averdung. Y dominar lo que Chris Case llama la "magia" de las perovskitas podría resultar la clave para lograr esa ambición.