Sumber: nsenergybusiness.com
Oxford PV akan menjadi perusahaan pertama yang menjual sel surya berbasis silikon perovskit ke pasar atap perumahan tahun depan.
Oxford PV menggunakan konsep "tandem" di mana lapisan tipis perovskite diterapkan pada sel primer silikon konvensional (Kredit: Oxford PV)
Oxford PV, yang menggambarkan dirinya sebagai "perusahaan perovskite", berencana untuk menjadi pemain kunci dalam apa yang dilihatnya sebagai masa depan serba listrik bertenaga surya. James Varley, seorang penulis untuk majalah Modern Power Systems, melihat bagaimana perusahaan bertujuan untuk mencapai target tersebut.
Tahun depan, jika semuanya berjalan sesuai rencana, Oxford PV akan menjadi perusahaan pertama yang menjual sel surya berbasis silikon perovskit ke pasar atap perumahan. Mereka akan memiliki efisiensi yang berpotensi mengubah permainan, sekitar 20% lebih tinggi dari teknologi incumbent saat ini, sel silikon saja.
Oxford PV menggunakan konsep "tandem" di mana lapisan tipis perovskit diterapkan pada sel primer (atau dasar) silikon konvensional (ketebalan perovskit sekitar 1/200 dari silikon).
Pendekatan tandem ini meningkatkan kemampuan untuk menangkap bagian tertentu dari spektrum matahari, terutama pada energi tinggi, ujung biru, yang berarti bahwa sel tandem perovskit-on-silikon memiliki batas efisiensi teoritis 43% vs 29% untuk silikon saja. sel.
Dalam praktiknya, efisiensi rata-rata PV silikon perumahan yang dipasang hingga saat ini berada di kisaran 15-20%, sedangkan maksimum "dunia nyata" untuk silikon diperkirakan sekitar 26%.
Sel tandem Oxford PV awal yang diproduksi secara komersial diharapkan mencapai efisiensi sekitar 27% pada awalnya, tetapi perusahaan mengantisipasi peningkatan yang stabil seiring dengan perkembangan teknologi di tahun-tahun mendatang. “Kami memiliki peta jalan yang jelas untuk membawa teknologi ini melampaui 30%,” kata CEO Frank Averdung.
Dr Chris Case, CTO di Oxford PV, mencatat bahwa sejak 2014, ketika perusahaan memutuskan untuk fokus secara eksklusif pada tandem perovskite-Si, perusahaan tersebut telah meningkatkan efisiensi sel suryanya secara rata-rata sebesar satu persen per tahun dan memiliki jalur dan landasan teoretis untuk lebih mengembangkan teknologi ini hingga usia 30-an.
Sel penelitian yang menggunakan teknologi Oxford PV telah mencapai 29,52% (sebagaimana disertifikasi oleh Laboratorium Energi Terbarukan Nasional AS), rekor dunia untuk sel tandem perovskit-Sidan juga lebih baik daripada sel penelitian sambungan tunggal mana pun (dengan rekor saat ini, 29,2%, dipegang oleh sel yang menggunakan GaAs).
Perovskite pertama kali ditemukan dalam bentuk mineral alami (CaTiO3) pada tahun 1839 (kebetulan tahun yang sama dengan efek fotovoltaik pertama kali diamati, Chris Case menunjukkan). Tetapi hanya dalam sepuluh tahun terakhir ini potensi besar perovskit sintetis sebagai bahan untuk sel surya telah sepenuhnya diakui.
Prof Henry Snaith, yang ikut mendirikan Oxford PV pada tahun 2010 untuk mengkomersialkan teknologi surya yang ditransfer dari laboratoriumnya di Universitas Oxford (dan merupakan kepala petugas ilmiah perusahaan), telah memainkan peran kunci dalam hal ini, terutama melalui makalah yang diterbitkan di Science pada tahun 2012, menggambarkan teknologi sel surya solid-state yang menggunakan perovskit halida logam.
Kemajuan selama 10 tahun terakhir sangat pesat dan perovskit semakin menarik minat di bidang surya.
Seperti semua bahan yang digunakan dalam aplikasi sel surya, perovskit – yang rumus kimia generiknya adalah ABX3, di mana A dan B adalah kation dan X adalah anion – adalah semi-konduktor.
“Perovskites akan ada di mana-mana dalam fotonik dan elektronik selama 50-100 tahun ke depan,” percaya Chris Case. "Itu bahan yang menakjubkan."
Dari segi ilmu material, “ada keunikannya, makanya bagus sekali,” tambahnya. “Masing-masing atom berorientasi sebagai satu set oktahedra yang ditumpuk di atas satu sama lain, dan dipelintir. Putaran itu memungkinkan difusi arus foto tinggi yang 'anomali', dan itu cukup unik untuk struktur ini, dan orang-orang mengeksploitasi properti ini… Benda ini hebat, sangat transformatif.”
Juga, bahan yang digunakan untuk perovskit sintetis berlimpah, dan jumlah yang digunakan per unit keluaran sel sangat kecil. “Jadi, dari sudut pandang sumber daya, teknologi ini mampu ditingkatkan ke banyak level TW,” kata Case.
Dan selain menunjukkan efisiensi rekor, sel dan modul yang menggunakan teknologi Oxford PV juga telah “lulus uji keandalan standar industri yang diukur secara eksternal dari International Electrotechnical Commission,” tambahnya.
Rute menuju pasar
“Para ilmuwan telah melakukan pekerjaan mereka,” kata Frank Averdung. “Mereka sudah mengidentifikasi materinya. Mereka telah membuat strukturnya. Mereka telah bekerja untuk membuatnya stabil dan telah mengatasi kekhawatiran tentang daya tahan dan masa pakai. Pertanyaan yang harus kita temukan jawabannya sekarang adalah: bagaimana kita mengkomersialkannya?”
Tantangannya adalah salah satu yang dihadapi oleh hampir setiap start-up dengan sesuatu yang baru, katanya. “Anda memiliki pasar yang mapan. Anda telah membentuk pemain pasar. Anda memiliki sesuatu yang jauh lebih baik. Tetapi bagaimana Anda membuat orang menerimanya? Bagaimana Anda mewujudkannya?”
Seperti yang dia tunjukkan, para pemain mapan adalah perusahaan bernilai miliaran dolar dan mereka telah menginvestasikan miliaran dolar ke dalam infrastruktur manufaktur. "Apakah mereka benar-benar tertarik untuk menghapus semua itu dan melakukan sesuatu yang baru?" tanya Averdung.
Kabar baiknya adalah bahwa teknologi tandem PV Oxford, dengan silikon sebagai sel utama, tidak memerlukan pembuangan teknologi manufaktur yang ada dan “tidak mengganggu industri”, dan ini merupakan keuntungan besar.
“Ketika kami meletakkan sel perovskit film tipis di atas sel 'primer' silikon, sel itu masih memiliki faktor bentuk yang sama dan masih terlihat seperti sel Si konvensional, tetapi tegangan keluarannya lebih tinggi,” kata Averdung. “Anda dapat menggunakan alat yang sama dan memasukkannya ke dalam modul yang sama. Ukuran panelnya sama. Semua sama. Tetapi Anda mendapatkan lebih banyak daya secara signifikan. ”
Dari segi tampilan, pengguna akhir tidak akan melihat perbedaan besar, kecuali akan “terlihat sedikit lebih bagus”, tambahnya.
Pada tahun 2015, Oxford PV menunjukkan bahwa sel tandem layak, tetapi perlu "membawanya ke faktor bentuk yang diperlukan", jelasnya, sehingga diperlukan jalur produksi percontohan atau "pabrik bekas".
Pabrik seperti itu ditemukan di Brandenburg an der Havel, Jerman, dan diakuisisi pada tahun 2016. “Itu terlalu besar untuk kami saat itu, tetapi sangat cocok untuk lini percontohan film tipis kami”, yang mulai beroperasi pada tahun 2017 ,” kata Averdung.
“Peran jalur percontohan adalah, dan masih, pada dasarnya pengoptimalan produk, mengambil semua hasil dari laboratorium Oxford dan meningkatkannya berdasarkan faktor bentuk dan melakukan pengujian standar industri untuk memverifikasi bahwa sel mencapai yang diperlukan. keandalan dan stabilitas jangka panjang, serta memenuhi kebutuhan industri.”
Selama beberapa tahun, Oxford PV bekerja dengan mitra pengembangan bersama, sebuah perusahaan yang sangat besar dalam bisnis fotovoltaik, "pada dasarnya memberi tahu kami apa yang diinginkan industri", kata Averdung.
Namun pada tahun 2018, dia menambahkan bahwa "semua itu berubah", dan perusahaan memutuskan "rute terbaik dan tercepat untuk komersialisasi teknologi adalah melakukannya sendiri, memungkinkan kami untuk menjaga semua parameter teknologi di bawah kendali kami sehingga kami dapat dipastikan bahwa produk tersebut, ketika datang ke pasar, sangat sesuai dengan permintaan pelanggan”.
Ini mengharuskan perusahaan untuk menemukan investor yang akan memasukkan uang ke dalamnya, memungkinkannya untuk mendirikan operasi manufaktur. “Kami beruntung”, kata Averdung, karena ditemukan sejumlah investor yang mendukung. Pemegang saham utama perusahaan sekarang termasuk Equinor, Legal& Modal Umum, Goldwind dan Meyer-Burger.
Uang yang dimasukkan ke dalam perusahaan oleh investor memungkinkan untuk meningkatkan pabrik Brandenburg yang sebelumnya diakuisisi dan, selain jalur percontohan yang sudah ada di sana, membangun jalur manufaktur sel tandem penuh di bagian fasilitas yang berbeda.
Ini akan menjadi lini produksi volume pertama di dunia untuk sel surya tandem perovskit-on-silikon dan diharapkan dapat mencapai target kapasitas awal 100 megawatt (MW) sekitar Q2 tahun depan.
Sel dijual ke pembuat modul (pengaturan sudah ada), dan target pasar awal adalah sektor atap perumahan "premium". Di segmen pasar ini, ruang merupakan kendala kritis dan peningkatan kepadatan daya yang disediakan oleh sel tandem PV Oxford sangat menarik.
Dengan lebih banyak listrik yang dihasilkan selama masa instalasi, ada kemauan untuk membayar premi yang cukup besar untuk modul efisiensi tinggi, Oxford PV percaya.
Averdung menunjukkan biaya sel menyumbang proporsi yang relatif kecil dari total biaya instalasi PV atap perumahan, sehingga peningkatan biaya sel hanya memiliki efek yang relatif kecil pada ekonomi secara keseluruhan dibandingkan dengan manfaat dari peningkatan output.
Menuju gigafactory
Lini manufaktur 100-MW, dan pasar atap perumahan, dipandang sebagai permulaan. Visi Oxford PV adalah dunia serba listrik dengan perovskit sebagai teknologi surya utama. Diharapkan putaran pendanaan terbaru perusahaan akan memberikan "sarana untuk merencanakan langkah selanjutnya, yang merupakan gigafactory", kata Averdung.
Ia berharap kapasitas produksi 2 gigawatt (GW) beroperasi pada akhir 2024 atau sekitar itu, dan kemudian menambah sekitar 2GW per tahun, mencapai lebih dari 10GW pada akhir dekade ini.
Awalnya, target pasarnya adalah, seperti yang telah disebutkan, atap perumahan premium, tetapi “ini akan berubah begitu kita masuk ke produksi skala GW, maka kita akan dapat mengatasi, sebagai tambahan, sektor atap komersial kecil”, kata Averdung , dan “segera setelah kami beralih ke 5GW dan seterusnya, skala utilitas dapat dijangkau”.
Pada skala utilitas, “ini semua tentang LCOE”, ia mengamati, “dengan asumsi biaya tanah Anda dapat dikelola”, dan pada kapasitas produksi 5-GW “LCOE kami akan lebih kompetitif daripada milik orang lain, tetapi itu akan memakan waktu lama. beberapa tahun, tentu saja”.
Pada akhirnya “kami bermaksud menjadi salah satu pemain utama dalam fotovoltaik”, kata Averdung. Dan menguasai apa yang disebut Chris Case sebagai "keajaiban" perovskit terbukti menjadi kunci untuk mencapai ambisi itu.