Snart i ett fönster nära dig

Forskningen kring organiska solceller har tagit stora kliv framåt de senaste åren. De är miljövänliga, kan tryckas på stora ytor och de ger oss helt nya möjligheter att ta tillvara energin i solens strålar.

Solmodul Anders Elfwing 2016Foto: Thor BalkhedVad sägs om tryckta organiska solceller på fönstren som både ger solskydd och genererar el eller inbyggda i väskan för laddning av telefonen?

Två av de mest citerade forskarna i världen inom området finns vid Linköpings universitet, professorerna i biomolekylär och organisk elektronik Fengling Zhang och Olle Inganäs. De är inte ensamma, kring dem finns Feng Gao, universitetslektor inom samma område, samt Mats Fahlman, professor i ytors fysik och kemi och Martijn Kemerink, professor i komplexa material och system, för att nämna några. Bara vid institutionen för fysik, kemi och biologi, IFM, finns hösten 2016 ett 20-tal doktorander som forskar om organiska solceller.

Högt rankade tidskrifter

Resultaten av forskarmödorna har också synts i de mest prestigefyllda tidskrifterna under året; Nature Energy, Science, Advanced materials och flera andra. Forskningen bedrivs på många fronter och i samarbete med forskare i Kina, Tyskland och USA.

I ett nyligen avslutat EU-projekt, Sunflower, där Mats Fahlman och hans grupp deltog, visade forskningen att miljöpåverkan från de organiska solcellerna är mycket liten. Dessutom hittade de nya materialkombinationer för nästa generations organiska solceller.

Nya kombinationer av material

Materialen är nämligen nyckeln i jakten på allt effektivare organiska solceller. Forskarna testar nya polymerer och söker efter effektivare acceptormaterial, material som hjälper till att frigöra laddningsbärarna i solcellen och få igång elproduktionen.

Det är materialkombinationer av polymerer och en stabil acceptor som lett fram till de bästa solcellerna som finns idag, där Fang Gao, Fengling Zhang och Olle Inganäs är med och innehar världsrekordet på 11 procent.

Det betyder att 11 procent av energin i solen kan omvandlas till el med hjälp av solceller i plats. Men än bättre resultat väntar.

I somras kom nämligen nästa genombrott, här har forskarna lyckats få fram kombinationer av material där man både snabbar upp transporten av laddningarna till elektroderna och minskar den så kallade drivkraften – den energi som går åt för att frigöra elektronerna i polymeren. Drivkraften i de organiska solcellerna ligger nu nära motsvarande drivkraft i de kiselbaserade solcellerna, vilket också gör dem allt mer intressanta att tillverka kommersiellt.

Allt bättre tillverkningsteknik

Fengling Zhang 2016Foto: GORAN BILLESONFengling Zhang arbetar intensivt med att få solcellerna lätta att tillverka. Nya material i elektroderna och ett mycket tunt skikt intill elektroderna, som bara släpper igenom positivt laddade partiklar på ena sidan och negativt laddade på de andra, är två av hennes många bidrag som ökar effektiviteten i de organiska solcellerna.

Hon arbetar även med nya metoder för att få en jämn kvalitet på det aktiva skiktet när solcellerna ska produceras, tryckas, över stora ytor.

De tryckta flexibla organiska solcellerna är på väg ut ur labbet i samarbete med Tekniska verken i Linköping. Solmoduler finns monterade i fönster både hos dem och på Linköpings universitet. Detta för att kunna utvärdera tillverkningsmetoder för halvtransparenta solmoduler på stora ytor.

– Det är bara ett par år sedan vi började få upp effektiviteten i de organiska solcellerna från ett par procent till dagens 11 procent och utvecklingen går snabbt, berättar Fengling Zhang och visar upp den senaste kinesiska utlysningen där det finns stora pengar att söka för forskning inom optisk energiomvandling och flexibla organiska solceller.

Små svenska satsningar

Många av de doktorander som arbetar med solcellsforskning vid LiU kommer också från Kina. Även USA och EU satsar stort inom området medan de svenska satsningarna är små.

– Den här forskningen skulle vi aldrig kunna driva med bara svenska pengar. Visserligen är detta en teknik som kan lösa världens energiproblem på ett miljövänligt sätt, men få svenska finansiärer har förstått det, konstaterar Olle Inganäs.

– Vi skulle gärna vilja ha fler svenska doktorander, instämmer Fengling Zhang.

Den teoretiska gränsen för hur stor andel av solens energi som kan tas tillvara i solceller ligger runt 33 procent. I labbet ligger solceller i kisel som bäst på 25 procent. För de organiska solcellerna är den gränsen lägre.

– De flesta säger 15, men jag tror att vi kan komma upp till 20 procent säger Fengling Zhang.

Talar man i termer av energi, och inte effekt, är de organiska solcellerna mycket snart ifatt de kiselbaserade.

– De organiska solcellerna ger 1,3 gånger mer energi, i kWh, än de kiselbaserade. Kan vi ta tillvara 15 procent i de organiska solcellerna motsvarar det effektiviteten i de kiselbaserade där solpaneler idag har en effektivitet på 18-20 procent, säger Olle Inganäs.

Den dagen är förhoppningsvis inte så långt borta, inte med alla de satsningar som görs inom området runt om i världen och där LiU, trots bristen på svensk finansiering, ligger väl framme. Inom ett par år kan de finnas i ett fönster eller på en väska nära dig.

Artikeln är publicerad i LiU magasin nr 3, 2016

Solmoduler klara att fästas upp

Olle Inganäs

Professor Olle Inganäs fäster upp solmoduler hos Tekniska Verken i Linköping. Tekniska verken

Fengling Zhang 2016

Professor Fengling Zhang och postdoktor Leiqiang Qin i labbet med en tidig variant av solmodulen. GORAN BILLESON

Kontakt

Fler forskningsledare

Forskningsnyheter