Föreställ dig att dina fönster producerar elektricitet – medan du kan se rakt igenom dem. Nu är forskarna ett stort steg närmare verkligheten.
Forskare i Tyskland har utvecklat större, halvtransparenta organiska solcellsmoduler – med produktionsmetoder som kan skalas upp till industriell produktion.
Läs: Diego Maradonas ”Hand of God”-boll såldes för miljoner på auktion
Vid universitetet i Freiburg och Fraunhofer-institutet för solenergisystem ISE har de skapat organiska solmoduler som mäter 14,5 x 14,5 centimeter. Panelerna släpper igenom i genomsnitt 43,2 procent synligt ljus, samtidigt som de omvandlar solljus till elektricitet med en verkningsgrad på upp till 9,26 procent. Resultaten har publicerats i tidskriften Joule.
Organiska solceller – en helt annan typ av teknik
Organiska solceller skiljer sig radikalt från de traditionella kiselpaneler vi ofta ser på tak. De ljusabsorberande materialen består huvudsakligen av kolinnehållande föreningar – och kan göras tunna, lätta och flexibla. De kan också konstrueras för att släppa igenom specifika våglängder av ljus.
Detta gör dem särskilt attraktiva där vanliga, ogenomskinliga solceller inte är lämpliga – såsom fönster, glasfasader, växthus och biltak.
Från laboratorium till storskalig
En av de största utmaningarna har varit att överföra lovande laboratorieexperiment till kommersiella produkter i större format. Små experimentella celler tillverkas ofta noggrant för hand under strikt kontrollerade förhållanden. Att producera samma teknik över stora ytor – utan att förlora prestanda – är mycket svårare.
Nu har de tyska forskarna löst problemet genom att använda två etablerade produktionsmetoder: sputtering och slot-die-beläggning.
Slot-die-beläggning fördelar tunna, kontrollerade materiallager jämnt över en yta och kan anpassas för storskalig produktion. Forskarna lyckades tillämpa metoden på alla solcellslager – utan någon betydande prestandaförlust vid skalning.
Modulerna innehåller mer än 100 individuella solceller, sammankopplade med hjälp av precis laserteknik. Varje cell har en bakre elektrod som reflekterar närinfrarött ljus, ett organiskt halvledarlager som absorberar ljus och en transparent toppelektrod. Den övre elektroden är gjord av den ledande polymeren PEDOT:PSS – inte metall. En nyutvecklad version av detta material har förbättrat modulernas transparens.
Avvägningen: ljusöverföring kontra elproduktion
Det finns fortfarande en oundviklig kompromiss med transparent solenergiteknik: ju mer solljus som släpps in, desto mindre ljus finns tillgängligt för elproduktion.
Forskarna tror dock att de nu kan förbättra transparensen ytterligare utan att minska effektiviteten nämnvärt. Organiska solmoduler som släpper igenom mer än hälften av det synliga ljuset kan potentiellt ersätta vanligt glas i fönster och växthus.
Lägre transparens kan också vara användbart där tonade glasytor redan är önskvärda – som biltak eller vissa byggnadsfasader.
Flexibla solceller – och vägen framåt
Teknologin kan så småningom bli flexibel. Forskarna har redan producerat tidiga organiska solmoduler på flexibel film – med metoder som är kompatibla med kontinuerlig rull-till-rull-produktion. Vid tester behöll de flexibla modulerna 100 procent av sin ursprungliga verkningsgrad efter att ha böjts 1274 gånger runt en stång med endast 15 millimeter i diameter.
Nästa utmaning: att göra dessa flexibla moduler betydligt större.
Om forskarna lyckas skala upp teknologin – samtidigt som prestanda och hållbarhet bibehålls – kan framtidens byggnader använda stora fönster- och glasfasader för två ändamål samtidigt: släppa in dagsljus – och tyst producera förnybar elektricitet.
Hälsovårdare: Bukfett och lågt D-vitamin kan vara en farlig kombination
