De smukkeste solceller er inspireret af naturen

Organiske solceller er normalt mindre effektive end siliciumsolceller. Men der er stadig et marked for dem – og de er smukke og spændende.

Kemikere på NTNU arbejder med en type solcelle, der kaldes en organisk solcelle, lavet med en proces, der gør den farvefølsom. Forskerne har hentet deres inspiration fra molekyler i naturen, som planter bruger, når de fanger sollys, og har genskabt lignende strukturer i laboratoriet.

I kapløbet om at lave de mest effektive solceller til udendørs brug, imidlertid, de farvestofsensibiliserede solceller klarer ikke karakteren. Siliciumsolceller er mere effektive til det formål.

De organiske solceller fungerer bedre, når lyset er svagt, såsom indendørs, og den forskning, der diskuteres i denne artikel, gælder indendørs solceller.

Indendørs fordele

Organiske solceller kommer til deres ret indendørs. Sammenlignet med siliciumbaserede solceller, de er enormt effektive under indendørs lysforhold. De kan også gøres formbare, transparent eller fremstillet i forskellige farver.

I dag, organiske solceller baseret på grønne og blå farvestoffer er meget efterspurgte. Virksomheder som det schweiziske firma H.Glass arbejder på at kommercialisere farvesensibiliserede solceller, der er integreret i bygninger. Æstetik er meget vigtigere i disse applikationer.

En anden mulig indendørs anvendelse for organiske solceller er at levere strøm til forskellige komponenter, der er tilsluttet "Internet of Things, " såsom forskellige sensorer i smarte hjem. Det er også tænkeligt, at organiske solceller kan bruges til at give enheder som tablets og bærbare computere udødelig batterilevetid og gøre opladning unødvendig.

"Vi fortsætter med at forske i denne teknologi, selvom andre solceller er mere effektive til udendørs brug. Det er fordi vi tror på, at disse solceller har en fremtid, og fordi kemien er utrolig spændende. Trods alt, vores fagområde er organiske reaktioner, " siger Audun Formo Buene, en nylig ph.d. uddannet fra NTNUs Institut for Kemi.

Arbejdet kræver tværfaglig forskning, kombinerer organisk kemi, materialeteknologi, elektronik og fysik. Men hvad er det egentlig forskerne laver?

Mange typer celler

En organisk solcelle er bygget lidt som en sandwich mellem to glasplader, der leder elektricitet:Et tyndt lag porøse titaniumoxidpartikler giver en stor overflade med plads til mange farvestoffer. Når de fanger lys, farvestofferne udsender en elektron, og kredsløbet kan lukkes med en elektrolytopløsning.

Der er masser af forskellige typer organiske solceller. De bruger forskellige organiske materialer til at fange sollys:farvestofsensibiliserede solceller, polymerer eller organiske halogenidperovskitter.

Perovskites tager over

Et andet aspekt af organiske solceller er, at den nuværende forskning giver vigtige byggesten på vejen til endnu en potentiel solcellerevolution:mineralet perovskit.

Perovskites har en meget specifik krystalstruktur. Mineralet har adskillige anvendelser og findes ofte i superledere.

Udskiftning af farvestofmolekyler med perovskit gør det muligt at skabe højeffektive solceller, selvom stabilitet over tid har været en udfordring for denne teknologi.

I laboratorieforsøg, målinger af perovskitsolceller har for nylig vist sig at have virkningsgrader på samme niveau som siliciumsolceller.

"Siden perovskit-gennembruddet, konkurrencen mellem forskningsmiljøer er blevet større. Alle ønsker at være de første til at skabe stabile og effektive perovskit-solceller. Men NTNU-forskergruppen bliver med de farvestofbaserede solceller. Med så stor interesse nu fokuseret på perovskite, det betyder, at der er mindre hemmeligholdelse og mere samarbejde mellem forskergrupper, der arbejder med de andre typer organiske solceller, " siger Buene.

Effektivitet er vigtigt, uanset

Effektivitet er fortsat den vigtigste faktor for alle solceller. Buene og hans kollegers arbejde er hovedsageligt fokuseret på at øge effektiviteten. Farvestofmolekylerne skal tilpasses lysspektret, men de skal også holde sig stabile i flere år inde i solcellen.

Forskergruppen på NTNU har arbejdet meget med en farvestofklasse, der tilhører phenothiazingruppen af ​​organiske forbindelser. Farvepulverne eller krystallerne har ofte en smuk dyb skinnende rød farve. Men forskningen viser, at der ikke er meget at vinde ved at videreudvikle celler med denne type farvestof, så forskerne er begyndt at undersøge en anden stofklasse.

At lave puslespil med sine egne brikker

Buene har arbejdet systematisk:han studerede forskellige atomgrupper, og ændrede sammensætningen i forskellige dele af molekylstrukturen. Hans mål er at forstå, hvad der gør et farvestof godt eller dårligt, og hvordan man laver bedre farvestoffer i fremtiden. Det er som et puslespil, hvor han selv laver puslespilsbrikkerne, før du forsøger at finde ud af, om – og i givet fald hvor – de passer.

Der mangler meget arbejde, før solcellerne bliver effektive og billige nok til at frigive teknologien til det offentlige domæne. Imidlertid, flere virksomheder arbejder på at kommercialisere teknologien, og måske vil du en dag kunne have disse solceller i din stue.