Solceller:UQAM-forsker løser to 20-årige problemer

Takket være to teknologier udviklet af professor Benoit Marsan og hans team ved Universite du Quebec a Montreal (UQAM) Chemistry Department, den videnskabelige og kommercielle fremtid for solceller kunne blive totalt transformeret. Professor Marsan har fundet løsninger på to problemer, som, i de sidste tyve år, har hæmmet udviklingen af ​​effektive og overkommelige solceller.

Hans resultater er blevet offentliggjort i to prestigefyldte videnskabelige tidsskrifter, det Journal of the American Chemical Society ( JACS ) og Naturkemi .

Solenergiens uudnyttede potentiale

Jorden modtager mere solenergi på en time, end hele planeten i øjeblikket bruger på et år! Desværre, på trods af dette enorme potentiale, solenergi udnyttes knap nok. Elektriciteten produceret af konventionelle solceller, sammensat af halvledermaterialer som silicium, er 5 eller 6 gange dyrere end fra traditionelle energikilder, såsom fossile brændstoffer eller vandkraft. I årenes løb, adskillige forskerhold har forsøgt at udvikle en solcelle, der både ville være effektiv energimæssigt og billig at producere.

Farve-sensibiliserede solceller

En af de mest lovende solceller blev designet i begyndelsen af ​​90'erne af professor Michael Graetzel fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) i Schweiz. Baseret på princippet om fotosyntese - den biokemiske proces, hvorved planter omdanner lysenergi til kulhydrat (sukker, deres mad) - Graetzel solcellen består af et porøst lag af nanopartikler af et hvidt pigment, titandioxid, dækket med et molekylært farvestof, der absorberer sollys, som klorofylet i grønne blade. Det pigmentbelagte titaniumdioxid nedsænkes i en elektrolytopløsning, og en platinbaseret katalysator fuldender pakken.

Som i en konventionel elektrokemisk celle (såsom et alkalisk batteri), to elektroder (titandioxidanoden og platinkatoden i Graetzel-cellen) er placeret på hver side af en væskeleder (elektrolytten). Sollys passerer gennem katoden og elektrolytten, og trækker derefter elektroner fra titandioxidanoden, en halvleder i bunden af ​​cellen. Disse elektroner bevæger sig gennem en ledning fra anoden til katoden, skabe en elektrisk strøm. På denne måde energi fra solen omdannes til elektricitet.

De fleste materialer, der bruges til at lave denne celle, er billige, let at fremstille og fleksibel, gør det muligt at integrere dem i en lang række objekter og materialer. I teorien, Graetzel-solcellen har enorme muligheder. Desværre, på trods af konceptets fortræffelighed, denne type celle har to store problemer, der har forhindret dens store kommercialisering:

• Elektrolytten er:a) ekstremt ætsende, resulterer i manglende holdbarhed; b) tæt farvet, forhindrer effektiv passage af lys; og c) begrænser enhedens fotospænding til 0,7 volt.
  
• Katoden er dækket af platin, et materiale, der er dyrt, ugennemsigtig og sjælden.

Trods adskillige forsøg, indtil professor Marsans seneste bidrag, ingen havde været i stand til at finde en tilfredsstillende løsning på disse problemer.

Professor Marsans løsninger

Professor Marsan og hans team har i flere år arbejdet på design af en elektrokemisk solcelle. Hans arbejde har involveret nye teknologier, som han har modtaget adskillige patenter på. Ved at overveje problemerne med cellen udviklet af hans schweiziske kollega, Professor Marsan indså, at to af de teknologier, der er udviklet til den elektrokemiske celle, også kunne anvendes på Graetzel-solcellen, specifikt:

• For elektrolytten, helt nye molekyler er blevet skabt i laboratoriet, hvis koncentration er øget gennem bidrag fra professor Livain Breau, også af Kemiafdelingen. Den resulterende væske eller gel er gennemsigtig og ikke-ætsende og kan øge fotospændingen, dermed forbedre cellens output og stabilitet.
  
• For katoden, platin kan erstattes af koboltsulfid, hvilket er langt billigere. Det er også mere effektivt, mere stabil og lettere at producere i laboratoriet.

Umiddelbart efter deres offentliggørelse i JACS og Naturkemi , Professor Marsans forslag blev modtaget entusiastisk af det videnskabelige samfund. Mange ser hans bidrag som et stort forskningsmæssigt gennembrud inden for produktion af billige og effektive solceller.