Solar Initiative


I dagens solceller går en stor del av solenergin till spillo. Men forskare på Chalmers har en idé som kraftigt kan förbättra effektiviteten. De har redan visat att principen funkar i labbet – nu har forskningen flyttat ut på campus för att fortsätta i verklighetens förhållanden. 

Solen är en omåttligt rik, förnybar energikälla. På bara någon timme strålar den in mer energi till jorden än vad världen förbrukar under ett helt år. Därför är solenergi en mycket intressant pusselbit i omställningen till en hållbar framtid – det gäller bara att lyckas omvandla den till el på ett effektivt sätt.

Dagens kommersiella solceller har en ganska låg verkningsgrad – runt 15 procent, vilket är långt ifrån den teoretiska gränsen. En stor anledning till den låga verkningsgraden är att solcellerna bara kan utnyttja en begränsad del av det inkommande solljuset. 

Solljus innehåller alla färger, men endast fotonerna i den energirika, blåare delen av solspektrumet skapar elektroner, och därmed el, i solcellen. I den rödare delen av spektrumet har fotonerna för låg energi för att solcellen ska kunna omvandla dem till elektroner. En stor del av energin i solljuset går därför till spillo. 

Det vill solcellsforskare på Chalmers ändra på. Idén är att parvis slå ihop röda fotoner med låg energi till en blå foton med högre energi. Två tidigare oanvändbara fotoner omvandlas alltså till en användbar foton.

– Då kan solcellen utnyttja mer av ljuset som träffar den och därmed blir effektiviteten betydligt högre, säger Maria Abrahamsson som är forskare i fysikalisk kemi och en av projektledarna för Solar Initiative.

Målet är att skapa ett fotonomvandlande tilläggslager som kan infogas i alla existerande typer av solceller. Solcellernas verkningsgrad skulle då förhoppningsvis kunna öka med flera procentenheter, kanske ännu mer. Det är en markant förbättring jämfört med dagens solceller. Om tilläggslagret dessutom kan göras så billigt att kostnaden för solcellen endast ökar marginellt skulle det innebära ett jättesteg framåt – solcellerna skulle kunna bli så konkurrenskraftiga att de på sikt blev ett självklart förstahandsval för elproduktion.

I sitt laboratorium har chalmersforskarna redan visat att principen fungerar – med hjälp av specialdesignade molekyler och laserljus har de har lyckats skapa energirika fotoner av fotoner med lägre energi. 

– Vi har visat att principen fungerar under specifika, kontrollerade förhållanden i laboratoriet. Nu gäller det att gå vidare och göra grejer som fungerar i verkligheten också, säger Maria Abrahamsson.

Som en del i Chalmers Energi på campus-satsning har därför en del av experimenten flyttat ut på ett tak på campus, för att få in verklighetens förhållanden i den fortsatta forskningen. Solljus är nämligen långtifrån lika välordnat som laserljus och temperaturen utomhus skiftar betydligt kraftigare än i laboratoriet. Forskarna behöver på tidigt stadium få in sådana aspekter i sitt vidare arbete för att förbättra chanserna att skapa ett praktiskt användbart tilläggslager. 

– Det är ett nytt tankesätt att ta med ända ner på molekylnivå när vi arbetar vidare med designen av våra system för uppkonvertering av fotoner, förklarar Maria Abrahamsson.

Målet är ett system där lösningsmedel är överflödiga och där hela fotonomvandlingsprocessen sker inom en och samma molekyl. Lite förenklat ska det gå till så här: molekylens två ändar absorberar energin från varsin röd foton. Den absorberade energin förs samman och adderas inuti molekylen. Molekylen sänder sedan ut den sammanlagda energin i form av en foton med högre energi. 

Genom Energi på campus-satsningen har Solar Initative-projektet fått medel att anställa en postdoc som arbetar dels med utomhusexperimenten och dels analyserar nya varianter av fotonomvandlande molekyler i labbet. En forskargrupp i miljösystemanalys är också involverad i projektet för att göra livscykelanalyser – allt för att tilläggslagret ska bli ekonomiskt och miljömässigt hållbart redan från början.

– Vi vill verkligen att det här ska bli praktiskt användbart. Energiproblematiken är på riktigt och det skulle vara fantastiskt att kunna bidra till en lösning, säger Maria Abrahamsson.


Kontaktpersoner: Maria Abrahamsson och Bo Albinsson

Publicerad: on 13 maj 2015. Ändrad: on 15 jun 2016