Solpaneler av styva kisel dominerar marknaderna för allmännyttiga och bostäder, men det finns möjligheter för tunnfilms solceller och ny teknik som är känd för att vara lätt och flexibel, enligt forskare vid U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Tunna filmer som kadmiumtellurid (CdTe) och kopparindiumgalliumselenid (CIGS), tillsammans med perovskites och andra nya teknologier, kan vara idealiskt för att generera den elektricitet som behövs för obemannade drönare, bärbara laddare, och byggnadsfasader. Möjligheterna och utmaningarna som ligger i ett utbrett antagande av dessa idéer visas i det nya Naturenergi papper, "Ökande marknader och minskad paketvikt för solceller med hög specifik effekt."

"Vi utforskar gränserna bakom förhållandet mellan effekt och vikt och hur detta kan generera värde för framväxande spelare inom solceller för att göra det möjligt för dem att nå gigawattskala utan att behöva konkurrera direkt med kiselsolpaneler, sa Matthew Reese, en NREL-forskare och huvudförfattare till artikeln.

Tidningen var medförfattare av Stephen Glynn, Michael Kempe, Deborah McGott, Matthew Dabney, Teresa Barnes, Samuel Booth, David Feldman, och Nancy Haegel, allt från NREL.

Silikonpaneler utgör 95 procent av den globala solenergimarknaden, generera el för allmännyttiga företag, bostäder, och företag, men forskarna identifierade tillämpningar som måste beakta värdeförslag utöver standardvärdetriaden av kostnad, effektivitet, och tillförlitlighet som används för konventionella fotovoltaiska (PV) paneler. Flexibilitet och portabilitet kommer att vara viktiga faktorer, med teknikens prestanda kvantifierad i termer av watt per kilogram.

Forskarna identifierade tre värdefulla marknader, var och en med potential att kumulativt generera en gigawatt (GW) el – till ett pris över $1 per watt – under de kommande 10 åren:

• Flyg och obemannade flygfarkoster – Att driva satelliter drivs av extremt höga uppskjutningskostnader; medan, det finns en ökande önskan att hålla drönare uppe under mycket långa perioder. För båda dessa applikationer, begränsat utrymme gör effektivitet och vikt avgörande och kostnad sekundärt. En nyckelspelare på denna marknad är III-V PV, men samtidigt som den är mycket effektiv är den också för dyr för många applikationer.
• Bärbar laddning – Att göra det enkelt för en person att installera eller flytta en bärbar laddare driver behovet av PV-teknik som är effektiv och flexibel. Att hitta den korrekta balansen mellan dessa krav och kostnader kan sätta miljontals enheter i tjänst av militären, katastrofhjälpsarbetare, och fritidsanvändare.
• Marktransporter – Integreringen av PV i elfordon kommer att konkurrera med el som kommer från nätet, men tillägget skulle kunna utöka driving range. PV skulle behöva använda mindre paneler och vara tillräckligt flexibel för att anpassa takets konturer.

Forskarna identifierade dessa marknader som mindre men betydande och de som kommer att betala en premie för mervärdet av att tekniken är lätt att stödja initiala, lågskalig produktion. När produktionen ökar, lägre kostnader kommer att följa.

NREL-teamet bestämde att den nedre gränsen för en lätt PV-enhet är mellan 300 och 500 gram per kvadratmeter. Nedanför det skulle minska tillförlitligheten, varaktighet, och säkerhet. En lättviktsmodul på den nedre sidan av det området skulle kunna generera mer än en kilowatt elektricitet från något som väger så lite som ett sexpack läsk. Konventionella moduler, även utan den extra vikten från monteringsutrustningen, kan kräva 150–200 pund för att generera så mycket kraft.