Ny teknik visar vägen för nytt lätt sätt att fånga solen

En ny studie visar på ny teknik som kan vara ett första steg mot framtida superlätta och flexibla solceller på en tunn plastfilm.

Solceller har fått ett stort genombrott i samhället under de senaste 5-10 åren, då marknaden har växt med hela 50 % per år. Solceller av kisel är de som dominerar idag. Men ny forskning visar på alternativa solceller som kan tillverkas med enklare och billigare metoder.

I Erik Johanssons forskargrupp, vid institutionen för kemi – fysikalisk kemi, studerar man solceller baserade på organiska/oorganiska nanostrukturerade kompositer. Målet är att hitta nya effektiva materialkombinationer för att göra effektiva och miljövänliga solceller och man använder olika avancerade metoder för att studera hur processen att omvandla solljus till elektricitet går till. Forskningsresultaten används för att förbättra solcellerna. Men man studerar också olika metoder för att producera solcellerna i större skala.

I en ny studie har forskargruppen visat att man kan göra extremt lätta och flexibla solceller av nanometersmå kristaller, så kallade kvantprickar. De är gjorda på en tunn plastfilm och tekniken som solcellerna bygger på gör det möjligt att tillverka solcellerna vid låg temperatur (annars skulle plastfilmen smälta). Eftersom solcellerna inte består av stora kristaller (som kan knäckas då de böjs) utan istället av en film av de nanometersmå kristallerna (kvantprickar) så har de också mycket hög flexibilitet.

Komplicerad process

– Processen att få fram de nya lätta solcellerna är ganska komplicerad, berättar Erik Johansson. Vi har varit tvungna att först tillverka kvantprickar med hög kvalitet, som har bra ljusabsorption och med minimalt antal defekter (med defekter menas tex. att en atom saknas i kvantpricken eller på ytan av kvantpricken). Dessutom har vi utvecklat en genomskinlig kontakt på plasten som består av silvernanotrådar. Silvernanotrådarna har en längd på flera hundra mikrometer, men en bredd som bara är ca 30 nanometer. En lösning med silvernanotrådarna läggs på plasten och när den torkar bildas ett (oregelbundet) nät av silvernanotrådarna som kan leda ström, men ändå låter ljuset passera genom nätet. På detta nät deponeras ett tunt lager av zink-oxid från lösning och sedan deponeras kvantprickarna på zink-oxiden. Ett tunt guld-lager läggs slutligen över kvantprickarna för att bilda en andra kontakt. Därefter är solcellen färdig.

Många fördelar

Lätta solceller ger många fördelar. Dels blir materialåtgången och energiåtgången vid tillverkningen av solcellerna mycket mindre. Dels kan man transportera stora mängder solceller från produktionsplatsen till användningsplatsen med betydligt mindre energiåtgång. Sammantaget behövs därför mycket mindre energi för tillverkning och transport av lätta solceller, som därför kan bli miljövänligare än tyngre solceller.

– Dessutom kan man hitta nya användningsområden för lätta och flexibla solceller, menar Erik Johansson. Man kan till exempel tänka sig att dessa solceller skulle kunna läggas som ett extra lager på tak eller fasadmaterial för byggnader i framtiden. Andra områden för lätta solceller kan vara på flygplan eller i rymden där solcellernas vikt är extra viktig.

Långt kvar till produkt på marknaden

De forskningssolceller som forskargruppen tagit fram är väldigt små (ca 1 kvadratcentimeter). Det som behövs för en storskalig tillverkning av denna typ av solceller är att visa att solcellerna kan göras på större ytor och att de är stabila över lång tid (flera år) och klarar tex. låga och höga temperaturer.

– Det är därför långt kvar till en produkt på marknaden, men den här forskningsstudien är ett första steg mot framtida superlätta och flexibla solceller, säger Erik Johansson.

Resultaten har nyligen publicerats i tidskriften Energy and Environmental Science.
http://dx.doi.org/10.1039/C7EE02772A