Solcelle

En solcelle omdanner solenergi direkte til elektrisk energi ved hjelp av fotovoltaisk effekt. Den elektriske energien kan brukes direkte i et elektrisk apparat, den kan lagres i batterier eller transporteres til forbrukerne via overføringsnettet. Solceller skiller seg dermed fra termiske solfangere, som tar opp energi fra sola i form av varme. 
Vanligvis lages solceller av et materiale som er en halvleder, typisk krystallinsk silisium (multikrystallinsk eller monokrystallinsk). Noen alternativer er tynnfilm solceller som CdTe (Kadmium-Tellurid), CIGS (av engelsk Copper indium gallium selenide – Kobber indium gallium selenid), CuInSe₂ (Kobber Indium diselenid) eller amorft silisium. I tillegg finnes elektrokjemiske solceller, de såkalte Grätzelceller, hvor et fargestoff i kombinasjon med en halvleder omformer solenergien. Videre forskes det mye på hvordan solceller kan forbedres ved hjelp av nanoteknologi.

Produksjon

Produksjonsprosessen for tradisjonelle multikrystallinske solceller av silisium starter med kvarts som renses til såkalt solcellekvalitet (eng. SOG-Si), det vil si Si > 99,9999 %. I dag skjer dette ved den såkalte Siemensprosessen hvor materialet fordampes til gass før det renses, en prosess som krever mye energi. Det rene halvledermaterialet blir deretter støpt om til såkalte ingots (med mål cirka 1,5 m x 1,5 m x 0,4 m) som igjen skjæres opp i blokker (cirka 0,156 m x 0,156 m x 0,3 m). Ved hjelp av trådsager sages blokkene opp i tynne skiver, såkalte wafere, hver med tykkelse lik cirka 0,2 mm. Waferne er grå av farge med tydelig kornstruktur (ligner på et puslespill), men blir etterhvert blå (eller blå-lilla) avhengig av tykkelsen på antirefleksbelegget som påføres etter at materialet er teksturert og dopet. Til slutt brennes kontakter av sølv gjennom antirefleksbelegget og cellen kan sammenmonteres med flere andre i et panel.
Det mest vanlige alternativet til multikrystallinske solceller er monokrystallinske celler. Ved fremstilling trekkes en enkrystall istedenfor å støpe en multikrystallinsk ingot. Etter saging gir dette celler med samme blåfarge som de multikrystallinske cellene, men solceller laget fra enkrystaller kan enkelt gjenkjennes ved at cellene blir åttekantede istedenfor firkantet. Dessuten er kornstrukturen borte slik at en celle har samme farge over hele cellen. Solceller av andre typer kan ha andre farger, f.eks. er solceller av CdTe sorte.
Som nevnt ble halvledermaterialet av silisium dopet, dette for å få en pn-overgang. Dette kan skje ved at den ene siden av waferen påføres bor, som har ett elektron mindre i ytterste elektronbane enn silisium. Den andre siden påføres fosfor, som har et elektron mer. Under en oppvarmingsprosess vil de nye atomene diffundere inn i materialet slik at p-type silisium oppstår på bor-siden mens n-type silisium oppstår på fosfor-siden. Frie elektroner blir nå flyttet mot kontaktene på overflaten og waferen er blitt en solcelle.

Virkningsgrad

Oppgitte virkningsgrader på solceller, det vil si hvor mye av den innkommende energien som omdannes til elektrisk energi, bedres gradvis som følge av forskningsinnsatsen på området. Noen typiske tall for kommersielle solceller kan være cirka 16 % for multikrystallinsk silisium, monokrystallinske celler leverer typisk 18 %, CIGS celler leverer cirka 10 %, CdTe cirka 8 % og Grätzelceller omtrent 10 %. Teoretisk maksimal virkningsgrad er 87 % med forsterket lys og annen oppbygging av cellestrukturen, mens solceller med dagens struktur (som beskrevet her) har en øvre effektivitetsgrense lik 31 %.

Bruksområder

Solceller brukes på mange områder. De har vanligvis blitt brukt der elektrisitet fra strømnettet ikke er tilgjengelig, slik som i avsidesliggende strøk, strømforsyning for satellitter, håndholdte kalkulatorer, sambandsutstyr og så videre. På grunn av økende behov for nye energikilder har denne fornybare energiformen fått stor betydning i enkelte land som et tillegg til olje.

Solcelleindustri i Norge

REC Silicon, tidligere Renewable Energy Corporation, med hovedkontor i Sandvika har silisiumproduksjon i Butte og Moses Lake i USA, mens REC Solar har solcelle- og modulproduksjon i Singapore. RECs waferproduksjonen i Norge ble slått konkurs i august 2012. Andre viktig norske aktører innen solcellebransjen er Elkem Solar(Kristiansand), Otovo og Norsun (Årdal).