Tilbage i 1800-tallet blev den grundlæggende teknologi bag solcellerne udviklet. Denne vigtige kilde til bæredygtig energiforsyning blev med andre ord udviklet længe før, de elektriske og elektroniske forbrugere af fotovoltaisk energi overhovedet var til stede
Denne bagsidehistorie har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 1 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Rolf Sylvester-Hvid
Prøv lige engang at tænke bagud i tiden: Hvor lang tid siden er det i grunden, at man skulle sætte batterier i en lommeregner eller skifte knapcellen i et LCD-digitalur ud? Ja, det må vist være flere årtier siden, og vi skylder en stor del af æren for denne tilsyneladende ”energiløse” forsyning til den fotovoltaiske teknik, og den ofte ret undseelige ”solcelle”. Det er på mange måder en interessant komponent, der spænder lige fra de mindste elektronikprodukter til solcellepaneler, som i dag kan forsyne måske 15 eller 20 procent af Danmarks energiforbrug – i hvert fald i dagtimerne. Udviklingen er gået hurtigt på det seneste, og effektiviteten er blevet øget, men sjovt nok er det en teknologi, der har været kendt i snart 200 år – og altså væsentligt længere, end der overhovedet har været elektriske forbrugere.
Det er svært at pege på én entydig opfinder af solcellen, for igennem det 19. århundrede har mange af de helt store fysikere været involveret i udviklingen af de teknologier, der i sidste ende har ført til de solceller, vi kender i dag. Tilbage i 1839 var det en meget ung Edmond Becquerel, der som 19-årig konstaterede, at man kunne generere en beskeden strøm fra sollys. Nu tror man måske, at man kender Edmond Becquerel, men det er faktisk hans søn, Henri Becquerel, der tilskrives opdagelsen af radioaktivitet. Og Edmonds far, Antoine Becqeurel, var én af de tidligste elektrotekniske fysikere med blandt andet arbejde inden for den piezoelektriske effekt. Så Edmond Becquerel har været af – og skabt – god familie i fysisk henseende og er reelt blandt de tidligste forskere inden for sammenhængen mellem lys og elektricitet – blandt andet gennem belægning af platinelektroder med det fotoreagerende sølvbromid, der jo også indgår i kemien bag S/H-papirfotografier.
Vi skal videre til en samtidig, britisk forsker, Willoughby Smith, der uafhængigt af Edmond Becquerels arbejde bragte solcellerne det næste skridt fremad mod målet. Willoughby Smith arbejdede på et telegrafkabel, der undersøisk skulle forbinde England og Frankrig i den engelske kanal. Med datidens isolering fejlede kablet næsten øjeblikkeligt, og Willoughby Smith, der arbejdede på projektet for Gutta Percha-virksomheden (sjovt nok også navnet på et materiale, der bruges til tandfyldninger og golfbolde) med kabelisolering, mente, at et halvledende materiale som det meget højohmske selen ville have nogle gode egenskaber. Og det havde selenet da også, men i en helt anden sammenhæng …
Strømgivende halvleder
Selen så ud til at kunne isolere et undersøisk telegrafkabel – indtil det kom i vand. Selenet havde åbenbart sit eget liv, men Willoughby Smith opdagede, at ledeevnen steg betydeligt, når selen blev udsat for lys. Han offentliggjorde sit arbejde i februarnummeret, 1873, af Nature som sammenhængen mellem lys og selens ledeevne, dog uden helt at være klar over implikationerne eller anvendelsen af opdagelsen. Sjovt nok var opdagelsen en væsentlig del af de tidlige tv-apparater, og organisationen bag Emmy-prisen mente, at Willoughby Smith skulle have den tekniske pris i 2017 for sin opdagelse – og den betydning den havde haft for udviklingen af fjernsynet. Men Emmy-prisen gives kun til levende personer, og Willoughby Smith faldt lidt uden for dén kategori, da han havde været død i 126 år, så tre virksomheder, der havde videreført hans arbejde, fik prisen i stedet for. Det var så Telcon, Society of Telegraph Engineers og Siemens.
Hvis vi nu går et årti længere frem efter offentliggørelsen af selens optoelektriske egenskaber, så kommer amerikaneren Charles Fritts ind i billedet. Han fandt ud af at belægge selen med guldkontakter og kunne derfra trække en strøm, når selenet blev udsat for lys. Det hævdes, at Charles Fritts i 1884 opstillede et solcellepanel på et tag i New York, hvorfra der blev genereret en vis mængde strøm. Andre hævder, at opstillingen var skabt af canadiske George Cove. Men uagtet har det nok været verdens første fungerende solcellepanel – og altså en rundt regnet 140 år gammel opfindelse.
Selen var ikke effektivt, og virkningsgraden var næppe mere end omtrent én procent. Siden er effektiviteten blevet betragteligt bedre til de i dag gennemsnitlige 21 procent for krystallinsk silicium. Det spændende ved udviklingen af de fotovoltaiske celler er dog den kontinuitet, der har været i forskningen, og så det uomtvistelige faktum, at de mange forskere arbejdede med halvlederteknologi i mere end et århundrede før, transistoren blev opfundet. Burde det så ikke have udløst en Nobelpris eller noget?
Det gjorde det – og ikke til hvem som helst: I 1905 offentliggjorde Albert Einstein sine tanker om kvantefysikken blandt andet med afsæt i den fotovoltaiske effekt. Det arbejde gav Albert Einstein Nobelprisen i 1921. Men det er værd at huske på de mange forskere, der er gået forud, når vi lægger en 30 år gammel lommeregner under skrivebordslampen – og den virker …
Billedtekster:
1: Næsten lige så gammel som solcellerne – og den har nok gennemgået den samme udvikling: Texas Instruments’ TI-30 lommeregner er i dag en meget prisbillig matematisk minicomputer drevet af et lille solcellepanel. Panelet giver nok energi til at holde regneren kørende. TI-30 må vel i dag have næsten 50 år på bagen, men solcellernes funktion blev første gang beskrevet i 1839 – og altså faktisk før der overhovedet var brug for en strømforsyning.
2: Ligner det noget, vi kender? Angiveligt er solcellepanelet opsat i 1884 i New York af Charles Fritts, selv om andre mener, at det er oven på George Coves laboratorium. Det er nu alligevel en 140 år gammel installation – om end med en virkningsgrad på sølle én procent.
