​Docent Ergang Wang.​
​Foto: Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Polymera solceller, nytt Wallenberg Academy Fellow projekt

Solceller förutspås ha en viktig roll i omställningen till hållbar energiproduktion, men ett problem med den vanligt förekommande kiselbaserade celltypen är dess komplicerade tillverkningsprocess. Docenten Ergang Wang ska nu som Wallenberg Academy Fellow utveckla polymera solceller som är böjbara och enkla att producera.

​Organiska solceller består normalt av en polymer som givare och ett fullerenderivat som mottagare i det aktiva lagret. Fullerenderivatet, som är den vanligaste typen av mottagare i organiska solceller, kan emellertid inte garantera tillräckligt hög effektivitet och stabilitet för solcellen för att kunna påverka energimarknaden. Som Wallenberg Academy Fellow kommer Ergang Wang utforska en fullerenfri väg för organiska solceller.

– Utnämningen ger mig frihet att utforska de områden där jag tror att en lösning kan existera. Det är självklart en ära att bli Wallenberg Academy Fellow och det känns bra känsla att äntligen bli utnämnd. Det visar att man aldrig ska ge upp!

Organiska solceller har fördelen att de väger väldigt lite, är billiga och snabba att massproducera i stora volymer. De anses också göra litet avtryck på klimatet. På grund av att organiska solceller verkar lovande har många länder investerat i forskning och utveckling av organiska solceller, med målet att kommersialisera dem. Detta har lett till att utvecklingen av organiska solceller har tagit stora steg framåt och gått från en effektivitet på 1 procent till 14 procent på tjugo år. Trots detta är teknologin ännu inte redo för praktisk användning.  Fullerener är fotbollsformade molekyler som har många bra egenskaper i många tillämpningar. Problemet med att använda dem som mottagare i det aktiva lagret på organiska solceller är instabilitet på grund av molekylär diffusion, dålig absorptionsförmåga inom området kring solspektrumet, höga kostnader och hög energiförbrukning vid produktion av själva fullerenderviatet. För att öka effektiviteten och stabiliteten hos organiska solceller är behovet stort för att ersätta dem som mottagare med något annat.

– Länge har forskare försökt förbättra fullerener för att de ska vara optimerade för organiska solceller. Jag vill testa något annat. Jag vill göra organiska solceller oberoende av fullerenens begränsningar, säger Ergang Wang.

Ergang Wang och hans grupp har redan kommit långt i utvecklingen av solceller som bara består av polymerer i det aktiva skiktet. De har nått en effektivitet på nio procent med en blandning baserad på tre polymerer. Dessa väger väldigt lite och är enkla att tillverka i stora roll-to-roll tryckpressar, ungefär som de som tidningar produceras i. Den stora utmaningen nu är att få en bättre stabilitet och effektivitet.

– Jag tror att vi är på rätt väg och min vision är att vi, nu när vi har finansiering, kan skapa en prototyp med tillräcklig effektivitet och stabilitet för att kunna starta samarbete med industrin, säger Ergang Wang.

Ergang Wang tror att anledningen till det stora intresset för framgångar på området beror på att teknologin när den är väl utvecklad både är ekologisk och ekonomisk gynnsam. Hans mål är att nå effektivitet på cirka femton procent, vilket är en nivå som han menar kan göra organiska solceller lönsamma och konkurrenskraftiga på marknaden.

– De kiselbaserade solcellerna kommer vara mer effektiva under en lång tid framöver, men på sikt kommer de organiska solcellerna vara mer kostnadseffektiva. Om cirka tio år tror jag vi kommit så långt att teknologin finns på marknaden med exempelvis polymera solceller som går att sätta upp på fönster eller tak, säger Ergang Wang.

Finansieringen från Wallenberg Academy Fellowship är på 7.5 miljoner kronor på fem år med en möjlighet till ytterligare fem år.  Dessutom kommer Chalmers finansiera projektet med ytterligare 5 miljoner kronor på fem år.

 

Text: Mats Tiborn

Publicerad: to 14 dec 2017. Ändrad: to 21 dec 2017