Slutrapport Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler

Transkript

1 Slutrapport Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler Henrik Pettersson

2 Slutrapport december 2007 Sammanfattning Projektet Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler har genomförts på IVF Industriforskning och utveckling AB i Mölndal under perioden juli 2005 till december Det har samfinansierats av Göteborg Energis forskningsstiftelse och IVF Industriforskning och utveckling AB. Drivkraften för utveckling av Grätzel-solcellstekniken är möjligheten att realisera solcellsprodukter till låg kostnad/w peak i kombination med en låg investeringskostnad för att initiera en produktionsanläggning. Projektets två övergripande mål var att: 1 fastställa hur de egentillverkade modulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden 2 demonstrera ny solcellsteknik för allmänheten. Ambitionen att fastställa hur de egentillverkade Grätzelsolcellsmodulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden var för ambitiös och vi har under projektets gång tvingats konstatera att den teknik vi har utvecklat ännu inte har varit mogen för att ta steget till tillförlitliga representativa utomhustester. Det har funnits två tekniska orsaker till detta; svårigheten att finna ett referenssystem som är stabilt vid solbelysning samt överföringen av stabilitetsresultat från cell- till modulnivå. För demonstration av tekniken har en demonstrator på 10x40 cm tillverkats och placerats i entrén på Göteborg Energis huvudkontor. Summary The project Monolithic Dye PV Modules for Outdoor Applications has been performed at IVF Industrial Research and Development Corporation in Mölndal over the period July 2005 to December It has been co-financed by Göteborg Energi R&D Foundation and IVF Industrial Research and Development Corporation The driving force for the increased development of the dye-sensitised solar cell technology is to realise PV products with low cost/w peak in combination with a low investment cost for setting up a production unit. The two main targets of the project have been to: 1 determine how the modules function under outdoor conditions 2 to demonstrate the technology for the public. The ambition to determine the performance of the dye-sensitised modules made at IVF Industrial Reserach and Development Corporation under outdoor conditions was too ambitious. The developed technology was not sufficiently developed to realise this. There were two technical reasons for this; the difficulty to define a reference system that was stable at outdoor illumination, and to transfer the stability results from cell to module level. For demonstration of the technology, a prototype of the size 10x40 cm has been made and placed at the entrance of the main office of Göteborg Energi. 1 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

3 Slutrapport december 2007 Inledning Detta dokument sammanfattar aktiviteterna i projektet Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler. Projektet har genomförts på IVF Industriforskning och utveckling AB i Mölndal från juli 2005 till december 2007 i en samfinansiering mellan Göteborg Energis forskningsstiftelse och IVF Industriforskning och utveckling AB. Grätzelsolcellen och IVF Industriforskning och utveckling AB Den så kallade Grätzelsolcellen presenterades för första gången i slutet av talet av den schweiziske professorn Michael Grätzel. Hans upptäckt fick stort genomslag och ett antal universitet runt om i världen initierade forskning inom området. Det dröjde dock fram till början av 2000-talet innan industrin började blanda sig i utvecklingen. Trots att det ännu inte finns några kommersiella produkter är det idag ett stort antal företag, främst i Asien, som arbetar med tekniken. Drivkraften bakom den intensifierande utvecklingen är visionen om en lågkostnadssolcellsteknologi som prismässigt kan konkurrera med konventionell energiomvandling. Det som ligger bakom dessa förhoppningar är en elektrokemisk icke-kisel-baserad teknologi med, vid jämförelse med andra solcellstekniker, en mycket låg investeringskostnad för att initiera produktion samt avsaknad av kostnadsbarriärer som inte kan brytas. De stora tekniska utmaningarna består i att utveckla stabila och effektiva moduler utan att ge avkall på teknikens grundidé, dvs en billig solcell. IVF Industriforskning och utveckling AB i Mölndal har varit aktiva med utveckling av Grätzelsolceller sedan De första åren var målet att utveckla solceller avsedda för lågeffektapplikationer, bland annat inom ramen för EUprojekt Dye Photovoltaic Cells for Indoor Applications. Detta projekt var framgångsrikt men resulterade i ett förseglingsproblem. Efter avslutat EU-projekt finansierade IVF med egna forskningsmedel arbetet med att utveckla förseglingsteknik för dessa solceller avsedda för lågeffektapplikationer. Detta ledde till en patenterad förseglingsteknik vilket möjliggjorde tillverkning av minimoduler avsedda för inomhusapplikationer med god inomhusstabilitet. De goda resultaten gjorde det intressant att försöka uppgradera lågeffektmodulerna mot utomhusapplikationer. Under perioden juni 2001 till december 2004 genomfördes projektet Grätzelsolcellsmoduler för utomhusapplikationer, samfinansierat av STEM, Göteborg Energis forskningsstiftelse samt IVF. Parallellt med detta deltog IVF i EU-projektet Nanomax. Dessa båda projekt lyfte IVF till världseliten inom Grätzelsolcellsområdet. I januari 2005 inleddes en nationell satsning på Grätzelsolcellen. STEM satsade på ett fyraårsprojekt under ledning av Professor Anders Hagfeldt vid KTH. Ungefär halva projektet utförs på IVF som ansvarar för utveckling av processteknik samt cell- och modultillverkning. 2 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

4 Slutrapport december 2007 Status för Grätzelsolcellstekniken en uppdaterad omvärldsanalys I projektansökan ingick en omvärldsanalys för Grätzelsolcellen. Det som har hänt därefter är att kommersiella intressenter på allvar har börjat blanda sig i Grätzelsolcellstekniken. Detta exemplifieras av följande händelser Det amerikanska företaget G24i har annonserat tillverkning i Wales av moduler på plastsubstrat avsedda för nischeapplikationer. De tyska företagen BASF och BOSCH har initierat en gemensam satsning på organiska solceller, där Grätzelsolcellen är den idag ledande tekniken. Företagen talar om en satsning överstigande 100 miljoner Euro. Enligt våra preliminära patentundersökningar inlämnas i snitt en patentansökan per dag inom området. Dessa är nästa uteslutande från asiatiska företag. Det australiensiska företaget DyeSol som exklusivt arbetar med Grätzelsolcellstekniken har börsintroducerats i Tyskland. Trots ovanstående händelser finns ännu inga produkter kommersiellt tillgängliga. Obekräftade rykten talar om asiatiska produktlanseringar i samband med att teknikens grundpatent från Professor Michael Grätzel förfaller i början av Min bedömning är att tekniken är redo för diverse nischeapplikationer med ett par års livslängd men att ett omfattande utvecklingsarbete återstår för att realisera stabila och effektiva moduler med konkurrenskraftig livslängd för storskaliga energiapplikationer utomhus. Projektets bakgrund och huvudmål Det i detta dokument rapporterade projektet är en direkt fortsättning på det tidigare nämnda projektet Grätzelsolceller för utomhusapplikationer. I detta projekt utvecklades på IVF en tillverkningsteknik för så kallade monolitiska (ensubstrats) Grätzelsolceller. Med dessa uppnåddes cellverkningsgrader överstigande 6 % (6,7 % vid en ljusintensitet på 100 W/m 2 samt 6,0 % vid 1000 W/m 2 ). Parallellt med arbetet att förbättra verkningsgraden skalades under denna period även storleken på modulerna upp till 200 cm 2. Dessa modultyper fungerade emellertid dåligt p g a diverse tillverkningsproblem. Vidare uppvisade cellerna en otillräcklig ljusstabilitet. Syftet med det i detta dokument rapporterade projektet var att fortsätta utvecklingen av de monolitiska cellerna och modulerna. Projektets två övergripande mål var att: 1 fastställa hur de egentillverkade modulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden 2 demonstrera ny solcellsteknik för allmänheten. 3 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

5 Slutrapport december 2007 Detta innebar att aktiviteterna omfattade att förbättra cellernas och modulernas ljusstabilitet, att utvärdera hur stora moduler som kan tillverkas i framtiden, att fastställa hur de egentillverkade modulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden utomhus samt att tillverka en demonstrator som skulle placeras på en av Göteborg Energi utvald plats. Projektet delades in i följande fyra delprojekt som reflekterade dessa aktiviteter; Accelererade stabilitetstester (Delprojekt 1), Uppskalning av modulstorlek (Delprojekt 2), Experimentanläggning på IVF (Delprojekt 3) samt Demonstration av tekniken (Delprojekt 4). Projektets huvudresultat Med facit i hand kan vi konstatera att vi har demonstrerat Grätzelsolcellstekniken för allmänheten genom att den demonstrator som tagits fram i projektet har placerats i entrén på Göteborg Energis huvudkontor. En liknande demonstrator har även figurerat i media, exempelvis i ett TV-inslag i Rapport från KTH. Det övergripande målet att fastställa hur de egentillverkade modulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden var dessvärre för ambitiöst och vi har under projektets gång tvingats konstatera att den teknik vi har utvecklat ännu inte har varit mogen för att steget till tillförlitliga utomhustester. Det var två tekniska orsaker till detta; svårigheten att finna ett referenssystem som var stabilt vid solbelysning samt överföringen av stabilitetsresultat från cell- till modulnivå. Först i slutet av 2007 börjar vi närma oss en teknisk nivå där utomhustester på modulnivå skulle kunna bli aktuellt. Ytterligare utvecklingsarbete krävs emellertid för att modulerna ska uppvisa en tillfredsställande utomhusstabilitet pga förväntade svårigheter att undvika degradering av modulernas prestanda vid höga temperaturer. Trots att vi inte har kunnat testa den utomhusstabilitet vi avsåg att göra inom projektets ramar så har betydelsen av omfattande tester kunnats lyfta fram. En direkt konsekvens av detta är en beviljad EU-ansökan (ROBUST DSC, budget ca 4 MEuro) med fokus på utomhusstabilitet av Grätzelsolceller. IVF är en av projektdeltagarna och dessutom en av initiativtagarna till ansökan. Det treåriga projektet som är beviljat inom energiområdet för EUs sjunde ramprogram (ansökan titulerad Efficient and Robust Dye Sensitzed Solar Cells and Modules ) kommer att starta i februari Analyser av uppskalningsbarheten av modulstorleken har inte uppvisat några hinder för att i framtiden kunna skala upp den utvecklade modulframställningstekniken till substrat upp mot 1 m 2. Detta måste dock naturligtvis bekräftas experimentellt. Under 2008 kommer detta arbeta att påbörjas inom tidigare nämnda nationella och EU-projekt då moduler av storleken 30 x 30 cm ska tas fram. Projektets nyhetsvärde I projektansökan angavs tre kategorier av förväntade nyhetsvärden från projektet; tekniskt, exponering samt spridning av resultat. Trots att vi inte har kommit till utomhustestning av moduler har projektet varit av betydelse för Grätzelsolcellstekniken, vilket visas i tabellen nedan. 4 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

6 Slutrapport december 2007 Nyhetsvärde Enligt projektplanen Projektets resultat Tekniska 1. Utvärdering av den totala genererade energin vid utomhusbruk 2. Ökad kunskap om uppskalning av Grätzelsolceller 3. Påverka den framtida forskningsinriktningen 1.Ej genomfört 2. Uppskalning från stabil cell till stabil modul är realiserad 3. IVF var en av initiativtagarna till den beviljade EU-ansökan ROBUST DSC berörande utomhustestning av Grätzelsolceller. Exponering Att visa tekniken för allmänheten i Göteborg. Projektets demonstrator har placerats i Göteborg Energis entré enligt önskemål från Peter Maksinen. Spridning Vetenskapliga publikationer En publikation med projektresultaten är under bearbetning. Rapportering Projektets två statusrapporter från december 2005 och oktober 2006 bifogas denna slutrapport (bilaga 1 och 2). Verksamhetens framtid Sedan 2005 utvecklar IVF Grätzelsolcellen i samarbete med Professor Anders Hagfeldt vid KTH i Stockholm. De gemensamma aktiviteterna finansieras av Statens Energimyndighet. IVF ansvarar för processutveckling och tillverkning av testceller och moduler, medan KTH ansvarar för komponentutveckling, cellkarakterisering samt utveckling av mätmetodik. Verksamhetens övergripande mål är att ta fram en kostnadseffektiv miljövänlig solcellsteknologi för storskaliga energitillämpningar. Det centrala tekniska målet i pågående projekt är att påvisa möjligheten att kunna producera solcellstekniken för utomhusapplikationer till en kostnad av 1 euro per watt, vilket är den kostnad vid vilken solceller antas bli konkurrenskraftiga för elproduktion. STEM har uttryckt en ambition att fortsätta satsningen efter Tidigare nämnda beviljade EU-ansökan med fokus på utomhusstabilitet av Grätzelsolceller (ROBUST DSC) kommer att starta i februari Det treåriga projektet kommer att utförligt förverkliga det som inte kunde realiseras inom det i detta dokument redovisade projekt. 5 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

7 Slutrapport december 2007 Personal Henrik Pettersson har varit projektledare och även starkt engagerad i det laborativa arbetet. Taduesz Gruszecki har agerat som problemlösare för diverse tekniska problem. Det löpande laborativa arbetet har utförts av praktikanterna Didier Koch, Philip Ruh och Micha Streit. Sammanfattning av delprojekten Delprojekt 1 Accelererade stabilitetstester Referenssystem för celler Ett referenssystem för enskilda celler med förbättrad stabilitet definierades under 2005 (kontrollstation 1), se statusrapport från december 2005 (bilaga 1). Denna cellstabilitet uppnåddes i accelererade belysningstester på KTH där cellerna inomhus utsattes för artificiell solbelysning med en ljusintensitet på ca 250 W/m 2. Vid utomhusapplikationer kan ljusstyrkan uppgå till ungefär 1000 W/m 2. Denna ljusstyrka kunde inte uppnås med lampan på KTH. IVF införskaffade därför en apparat för stabilitetstestning av solceller vid en ljusintensitet av 1000 W/m 2. Tyvärr visade det sig att det valda referenssystemet inte var stabilt vid denna ljusintensitet. Den bakomliggande orsaken var att elektrolyten i referenssystemet var ljusstabil vid lägre ljusintensiteter men inte vid 1000 W/m 2, beroende på otillräcklig diffusionsförmåga. Under 2006 pågick därför ett utvecklingsarbete för att utveckla en elektrolyt som kunde uppvisa långtidsstabilitet vid en ljusintensitet av 1000 W/m 2. Detta resulterade i ett förbättrat referenssystem med tillfredsställande stabilitet på cellnivån. Från ljusstabil cell till ljusstabil modul Övergången från stabil cell till stabil modul var mycket mer komplex än förutsett. Den främsta anledningen var en försvårad förseglingssituation hos modulerna vid jämförelse med cellerna, vilket ledde till oönskad kontakt mellan strömavtagare och elektrolyt. Detta ledde till omfattande och tidskrävande modifieringar av tillverkningsprocesserna, i synnerhet förseglingsprocessen. Inte förrän hösten 2007 lyckades vi att reproducera cellstabiliteten på modulnivån (bild 1) i accelererade belysningstester inomhus. 6 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

8 Slutrapport december 2007 Bild 1 Egentillverkade moduler av storleken 25 cm 2. Delprojekt 2 Uppskalning av modulstorlek De processer som används för modultillverkning har analyserats i uppskalningbarhet (kontrollstation 5). I vissa fall (förseglingsteknik samt tryckningsteknik) existerar produktionsutrustningen på marknaden men det finns en viss osäkerhet huruvida tillfredsställande resultat kan uppnås på riktigt stora substrat (>60x60 cm). Process 30x30 cm 60 x 60 cm 120 x 60 cm 120 x 120 cm Screentryckning Ja Ja Ja Osäkert Sintring Ja Ja Ja Osäkert Infärgning Ja Ja Ja Ja Elektrolytfyllning Ja Ja Ja Ja Försegling Ja Ja Osäkert Osäkert Delprojekt 3 Experimentanläggning Modulerna har inte varit tekniskt mogna för genomförande av de planerade utomhustesterna eftersom de erforderliga stabila modulerna från accelererade tester inte har funnits. Orsakerna till detta har beskrivits tidigare (Delprojekt 1), dvs vi underskattade vägen till stabil cell vid långtidsbelysning vid en ljusintensitet av 1000 W/m 2 samt vägen från stabil cell till stabil modul. Våra moduler var helt enkelt inte mogna för steget från accelererade belysningstester till utomhustester. Detta innebär att projektets kontrollstationer 1, 2 och 6 inte har 7 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

9 Slutrapport december 2007 realiserats. Projektet har således inte kunna leverera ett av dess huvudmål, dvs en analys av hur Grätzelsolcellsmoduler fungerar under verkliga driftsförhållanden. En liten tröst i sammanhanget är att en direkt spin-off-effekt av detta projekt är inriktningen på det beviljade EU-projektet ROBUST DSC. Delprojekt 4 Demonstration av tekniken En demonstrator av storleken 10 x 40 cm har tillverkats och placerats i Göteborg Energis entré (projektets kontrollstation 4), bild 2. Den består av fyra moduler av storleken 10x20 cm vilka har parallellkopplats. Varje modul består av 18 seriekopplade monolitiska Grätzelsolceller. Bild 2 Demonstratorn i Göteborg Energis entré. 8 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

10 Bilaga 1 Statusrapport december 2005 Rapport nr 06/01 Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler Henrik Pettersson 9 \D:\HPN\HPN6010.DOC-01/AA HENRIK PETTERSSON, OKTOBER 2006

11 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Inledning Detta dokument sammanfattar aktiviteterna från perioden juli-december 2005 i projektet Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler. De övergripande målen med projektet är att fastställa hur de egentillverkade Grätzelsolcellsmodulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden samt att demonstrera framtidens solcellsteknik för allmänheten. Detta genomförs i fyra delprojekt: Accelererade stabilitetstester (Delprojekt 1), Uppskalning av modulstorlek (Delprojekt 2), Experimentanläggning på IVF (Delprojekt 3) samt Demonstration av tekniken (Delprojekt 4). Under projektets första sex månader har fokus legat på Delprojekt 1 (Modulkomponenter) vilket är avslutat. I slutet av varje statusrapport kommer en uppföljning av projektets kontrollstationer (se projektplan) att finnas. I denna rapport ges en utförlig rapport av kontrollstation 1 samt status för övriga. Översikt av projektets status Projektet fortskrider i enlighet med projektplanen. Projektets aktiviteter inom de första sex månaderna har utförts i Delprojekt 1 Accelererade stabilitetstester. Ett referenssystem med god stabilitet på testcellsnivå har utvecklats (se Kontrollstation 1). Detta kommer att användas för tillverkning av de moduler som ska testas under projektets fortsättning. Delprojekt 2 (Uppskalning av modulstorlek) kommer att initieras under våren Experimentanläggningen (Delprojekt 3) är tänkt att initialt att placeras på IVFs tak på grund av goda ljusförhållanden. Den ska vara klar att tas i bruk under våren Platsen för demonstrationsanläggningen (Delprojekt 4) behöver definieras i samråd med Göteborg Energi. Parallella projekt och samarbeten IVF är sedan anlitad av KTH för utveckling av testceller, moduler samt tillverkningsprocesser för Grätzelsolceller i det av Energimyndigheten finansierade projektet Flexibla solceller (Handläggare på Energimyndigheten är Maria Hall, ansvarig på KTH är Professor Anders Hagfeldt). Projektet är beviljat till och med Aktiviteterna med KTH kommer i stor utsträckning att samköras med det i detta dokument rapporterade projektet. Det första exemplet på detta är att den multicell som har utvecklats tillsammans med KTH har använts för att definiera referenssystemet för modulerna (Delprojekt 1, Kontrollstation 1). 10

12 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Vi har även fortsatt tidigare etablerade samarbeten med följande partners: Fraunhoferinstitutet i Freiburg: screentryckningspastor för det isolerande skiktet ECN (Holland): screentryckningspastor för TiO 2 -skiktet. Förslag på förändringar av projektplanen Vi önskar göra två små ändringar i förhållande till projektplanen. Dessa förändrar inte projektets fokus eller innehåll men underlättar dess genomförande och förbättrar förutsättningarna för goda resultat. 1. Experimentanläggningen ska enligt projektplanen tas i bruk i projektets månad 8, motsvarande februari Vi vill senarelägga detta 1-2 månader för att invänta vårsolen 2. I tidigare nämnda samarbete med KTH kommer under våren 2006 en ny minimoduldesign att utvecklas. De monolitiska modulerna kommer att vara ca 25 cm 2. Vi vill använda dessa moduler även för experimentanläggningen istället för moduler baserat på den design som utvecklades i tidigare projekt. Personal Henrik Pettersson är projektledare och även starkt engagerad i det laborativa arbetet. Taduesz Gruszecki agerar som problemlösare för diverse tekniska problem. Det löpande laborativa arbetet har utförts av praktikanten Roman Bernhard. Han kommer i mars 2006 att ersättas av en annan praktikant. Publicering Resultaten med multicellerna fram till september 2005 har summerats i en publikation tillsammans med kollegor vid KTH. Den skickades i november 2005 in till tidskriften Progress in Photovoltaics (H, Pettersson et al., The monolithic multicell a tool for testing material components in dye-sensitised solar cells ). 11

13 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Uppföljning av projektets kontrollstationer Kontrollstation 1 Val av materialkomponenter Bakgrund Före projektstart hade IVF i det av Göteborg Energi och Energimyndigheten samfinansierade projektet Grätzelsolcellsmoduler för utomhusapplikationer, utvecklat en tillverkningsteknik för monolitiska Grätzelsolceller. Detta hade i december 2005 resulterat i cellverkningsgrader överstigande 6 % (6.7 % vid en ljusintensitet på 100 W/m 2 samt 6.0 % vid 1000 W/m 2 ). Parallellt med arbetet att förbättra verkningsgraden skalade vi under denna period även upp storleken på modulerna till 200 cm 2 samt tillverkade inledande demonstrationsexemplar. Dessa celler och moduler (18 seriekopplade celler) uppvisade en otillräcklig ljusstabilitet. Orsaken till detta identifierades vara valet av elektrolyt. I projektets Delprojekt 1 Accelererade stabilitetstester har vi därför arbetat intensivt med stabilitetstestning av olika elektrolyter. Den monolitiska multicellen Inom det nämnda samarbetet med KTH har en monolitisk testcell utvecklats, den så kallade multicellen. Syftet med multicellen har varit att skapa ett verktyg för att kunna testa nya material med avsikt att förbättra verkningsgraden och stabiliteten hos solcellen. Multicellen utgår från den tillverkningsteknik som IVF har utvecklat. Denna multicell har använts för att definiera referenssystemet i det i detta dokument rapporterade projektet. Multicellen består av 24 stycken individuella monolitiska celler (ca 0.5 cm 2 ) på ett 100 cm 2 stort substrat (Figur 1). Detta möjliggör att olika elektrolyter kan användas för olika celler som har tillverkats i parallella processer. Detta ger en mycket god bas för jämförande tester. 12

14 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Figur 1. Multiceller tillverkade på IVF. 24 celler tillverkas på varje glasplatta varpå de delas i fyra delar om sex celler för att underlätta karakteriseringen, Resultat med multicellen Fokus under den aktuella perioden har varit att utvärdera utbytet före och efter accelererad testning hos multiceller utnyttjande olika elektrolyter. Celler tillverkade med 11 stycken olika elektrolyter (E1-E11) har karakteriserats före, under och efter de utsatts för accelererade tester i form av kontinuerlig belysning (350 W/m 2 ), förvaring i 50 o C eller förvaring i rumstemperatur i mörker (referensceller). Resultaten har visat betydelsen av elektrolytvalet för såväl utbyte som stabilitet hos multicellerna. Det bästa utbytet har uppnåtts med elektrolyten E11. Ett verkningsgradsmedelvärde på 6.5 % vid 1000 W/m 2 (toppvärde på 6.8 %) har erhållits. I Figur 2 visas medelvärdena för verkningsgraden före och efter de accelererade testerna för celler tillverkade med de olika elektrolyterna. Den bästa kombinationen av verkningsgrad och stabilitet har uppnåtts med celler som har givit upp mot 5 % verkningsgrad (elektrolyt E1, E2 och E3) efter de accelererade testerna. Cellerna med dessa tre elektrolyter har belysts i ytterligare fyra månader (totalt nästan 6 månader) utan nämnvärd degradering av verkningsgraden. 13

15 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Measurements taken at 1000 W/m2 efficiency in % 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 Initial measurement 45 days at 350 W/m2 45 days at 50oC reference cells after 45 days Figur 2. Medelvärden av cellverkningsgraden vid 1000 W/m 2 för celler tillverkade med olika elektrolyter före och efter accelererad testning i 45 dagar. Referenssystem för projektets fortsättning Ovanstående stabilitetsresultat ligger till grund för valet av referenssystem för projektets fortsättning. Alla nyckelkomponenter är identifierade. Modulkomponent Glas TiO2-pasta Spacer-pasta Kol-pasta Färgämen Elektrolyt Komponent identifierad för referenssystem Ja Nej 14

16 Bilaga 1. Statusrapport, december 2005 Status för projektets kontrollstationer Nr Tid Kontrollstation Status Månad 6 Definition av komponenter i modulerna baserat på resultat från accelererade stabilitetstester Klar, komponenterna i modulerna har definierats, se rapport 2 Månad 8 Experimentanläggning på IVF tas i bruk Experimentanläggningen kommer att placeras på IVFs tak. Allt material för modulframställning samt referenscell av kisel finns tillgängligt. Månad 8 infaller i februari2006. Vi önskar initiera experimentanläggningen något senare för att invänta vårsolen. 3 Månad 12 Första utvärdering av resultat från experimentanläggning på IVF Ej initierad 4 Månad 12 Monter färdig Plats behöver definieras tillsammans med Göteborg Energi. 5 Månad 18 Resultat från uppskalning av modulstorlek Ej initierad 6 Månad 18 Slutlig utvärdering av resultat från experimentanläggning på IVF Ej initierad 7 Månad 18 Slutrapport - 15

17 Bilaga 2 Statusrapport oktober 2006 Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellsmoduler Henrik Pettersson 16

18 Bilaga 2 Statusrapport oktober 2006 Inledning Detta dokument sammanfattar aktiviteterna från perioden januari till september 2006 i projektet Experimentanläggning och demonstration av Grätzelsolcellmoduler. De övergripande målen med projektet är att fastställa hur de egentillverkade Grätzelsolcellsmodulerna fungerar under verkliga driftsförhållanden samt att tillverka en demonstrator. Detta genomförs i fyra delprojekt: Accelererade stabilitetstester (Delprojekt 1), Uppskalning av modulstorlek (Delprojekt 2), Experimentanläggning på IVF (Delprojekt 3) samt Demonstration av tekniken (Delprojekt 4). I slutet av denna statusrapport finns en uppföljning av projektets kontrollstationer. Översikt av delprojektets status Projektet har under den rapporterade perioden stött på oväntade problem vid tillverkning av den nya moduldesignen. Detta innebär en försening av flera kontrollstationer och en ansökan om 6 månaders förlängning av projektet. Delprojekt 1 (Accelererade stabilitetstester) avslutades i december 2006, se projektets första statusrapport. Detta resulterade i ett referenssystem för modulkomponenterna i delprojekt 3 och 4. I delprojekt 2 pågår en utvärdering av hur stora moduler som är tänkbart att tillverka i framtiden. Experimentanläggningen (Delprojekt 3) har försenats då vi stött på oväntade problem vid modulframställningen. Vi ansöker därför om förlängning av projektet med 6 månader för att kunna genomföra delprojektet. Tillverkning av moduler för demonstratorn i Delprojekt 4 (Demonstration av tekniken) pågår. Demonstratorn kommer att bestå av ett antal moduler av storleken 10 x 20 cm som monterats och elektriskt kopplats ihop. Den kommer att levereras för placering vid Göteborg Energis entré senast december Parallella projekt och samarbeten Tidigare rapporterade samarbeten fortlöper, se projektets första statusrapport. Vårt samarbete med KTH ger en ny dimension till vårt utvecklingsarbete genom tillgången till nya materialkomponenter för solcellen. 17

19 Bilaga 2 Statusrapport oktober 2006 Förslag på förändringar av projektplanen I projektets förra statusrapport föreslogs att de moduler (25 cm 2 ) som utvecklas i samarbetet med KTH även kommer att användas för experimentanläggningen. Då vi har stött på oväntade tekniska problem vid framställningen av dessa moduler ansöker vi om förlängning av projektets löptid med 6 månader. Nytt föreslaget slutdatum är således Den föreslagna förlängningen påverkar varken projektets budget, fokus eller innehåll men skulle ge oss en möjlighet att genomföra projektet så bra som möjligt. De nya föreslagna leveranstiderna för kontrollstationerna visas i nedanstående tabell: Nr Kontrollstation Leveranstid Förslag på nytt leveransdatum 1 Definition av komponenter i modulerna baserat på resultat från accelererade stabilitetstester Månad 6, klar - 2 Experimentanläggning på IVF tas i bruk Månad 12 Våren Första utvärdering av resultat från experimentanläggning på IVF Månad 12 Våren Monter färdig Månad 12 Demonstrator levereras till Göteborg Energi senast december Resultat från uppskalning av modulstorlek Månad 18 Kommer att rapporteras i december Slutlig utvärdering av resultat från experimentanläggning på IVF Månad 18 Juni Slutrapport Månad 18 Juli 2007 Personal Henrik Pettersson är projektledare och även starkt engagerad i det laborativa arbetet. Taduesz Gruszecki agerar som problemlösare för diverse tekniska problem. Det löpande laborativa arbetet har utförts av praktikanten Didier Koch. 18

20 Bilaga 2 Statusrapport oktober 2006 Publicering Resultaten med multicellerna fram till september 2005 har publicerats i nätversionen av tidskriften Progress in Photovoltaics (H, Pettersson et al., The monolithic multicell a tool for testing material components in dye-sensitised solar cells ), bilaga 1. Den tryckta versionen kommer innan årsskiftet. Uppföljning av projektets ej avslutade kontrollstationer Kontrollstation 2,3 och 6: Experimentanläggningen Vi har stött på oväntade tekniska problem vid tillverkning av de moduler som ska användas i experimentanläggningen. De främsta var appliceringen av elektrodlagren samt förseglingen av modulerna. Båda problemen orsakades av att precisionskraven ökade i och med att modulerna hade en ökad andel aktiv TiO 2 - yta och därmed mindre feltolerans vid tillverkning. Dessa problem är emellertid lösta och moduler har framgångsrikt tillverkats (bild 1). Karakterisering av modulerna visade dessvärre ett annat problem i form av betydande energiförluster orsakade av det elektriskt ledande skiktet på glaset. Vissa förluster var förväntade men inte att de var så betydande. Konsekvensen blir att modulerna fungerar bra vid låga ljusintensiteter (<100 W/m 2 ) men inte alls bra vid högre ljusintensiteter (>500 W/m 2 ). Då direkt solljus kan uppnå runt 1000 W/m 2 vore det oerhört missvisande att genomföra utomhustester med nuvarande moduler. Lösningen står att finna i ett nytt glas med lägre ytresistans. Vi väntar i skrivande stund på leverans av ett antal olika sådana glassorter. Dessa behöver testas innan vi fastställer vilken som kommer att användas. Vi räknar med att vid årsskiftet ha förbättrat modulresultaten vid höga ljusintensiteter till en nivå där utomhustester är meningsfulla. Dessa tester kommer därefter att genomföras under våren/försommaren

21 Bilaga 2 Statusrapport oktober 2006 Bild 1 Egentillverkade moduler. Kontrollstation 4: Demonstratorn Demonstratorn kommer att bestå av ett antal moduler av storleken 10 x 20 cm som monterats och elektriskt kopplats ihop. Den kommer att levereras för placering vid Göteborg Energis entré senast december En informationsskylt tas fram i samarbete med Peter Maksinen. Kontrollstation 5: Uppskalning av modulstorlek Med befintlig utrustning på IVF kan moduler av storleken moduler av storleken 30 x 30 cm kunna tillverkas. En kort marknadsundersökning har visat att de erforderliga tillverkningsutrustningarna för moduler av storleken 60 x 60 cm finns på marknaden. För ännu större substrat måste sannolikt delvis specialutrustning tillverkas. 20