Ett lysande fenomen banar väg för banbrytande solceller.
Forskare i Uppsala har utvecklat en ny typ av tunn, genomskinlig solcell som dessutom är enkel att tillverka. Solljuset fångas och förstärks med hjälp av små metallpartiklar – plasmoner.
Det är omöjligt att se, men inuti den lilla glasbiten som Jacinto Sá håller mellan fingrarna finns en solcell.
– Att den kan göras helt transparent är bara en av fördelarna, säger han.
Jacinto Sá är forskare i fysikalisk kemi på Uppsala universitet och har ägnat de senaste åren åt att utveckla en helt ny typ av solcell, som bygger på nanopartiklar av metall, så kallade plasmoner. Resultaten har väckt stor uppmärksamhet i forskarvärlden. Som första grupp har han och hans samarbetspartners kunnat visa hur plasmoner bildar så kallade elektron-hålpar – en förutsättning för att kunna alstra elektricitet i solceller. Plasmoner har förmåga att suga åt sig ljus av en viss våglängd och förstärka ljuset. Det beror på ett resonansfenomen, där det infallande ljuset börjar svänga i takt med metallens elektroner. Resultatet blir att ljuset förstärks.
Fenomenet är känt sedan romartiden, men först med nanotekniken har forskare börjat förstå hur plasmoner fungerar och kunnat utnyttja dem i olika produkter – till exempel i känsliga sensorer som skiftar färg när de påverkas av molekyler i närheten. Sedan tidigare har plasmoner även spelat en annan roll i vissa solceller, för att förstärka ljuset som träffar det material som sedan alstrar elektriciteten.
Men att nu använda plasmonerna för att skapa själva den elektriska strömmen är något nytt. Jacinto Sá förklarar att tekniken inte kan jämföras med andra solceller:
– Plasmoner är kända för att absorbera tio gånger mer energi än andra material. Det gör att vi från en enda foton kan få loss flera elektroner.
Men det gäller att vara snabb. Om inte elektronerna genast fångas upp faller de snabbt tillbaka.
– Det har varit den stora utmaningen, säger Jacinto Sá.
Tillsammans med Cristina Paun har han startat ett företag döpt efter det engelska ordet för påfågel, och utvecklat och patenterat en metod för att tillverka plasmon-solceller. För att fånga solljuset används nanopartiklar av silver. På labbet står små flaskor med en vätska i klara lysande färger. Flaskorna innehåller inga färgpigment, bara silvernanopartiklar.
– Genom att variera deras form och storlek kan vi styra färgen, förklarar Jacinto Sá.
Tanken är att lösningar gjorda av olika färger ska tryckas direkt på fönster eller sensorer, som då kan få sin energi från solen. Utveckling pågår även av solceller som ska fungera med inomhusbelysning.
Plasmonerna är än så länge inte lika effektiva som konventionella kiselsolceller, där ungefär 20 procent av det absorberade ljuset omvandlas till elektricitet. Jacinto Sá säger att plasmonerna har en verkningsgrad på minst 10 procent, men att det måttet egentligen inte är så intressant:
– Det viktiga för våra kunder är att kunna göra sina produkter självförsörjande på energi utan att behöva kompromissa vad gäller design och andra viktiga egenskaper.
Hans förhoppning är att kunna ta upp konkurrensen med andra nya typer av solceller, som också kan tryckas på olika underlag. En av de mest omtalade nya solcellstyperna bygger på materialet perovskit (se F&F 3/2017). De innehåller dock giftigt bly.
– Det är en annan stor fördel med våra solceller, att de inte innehåller några giftiga material, säger Jacinto Sá.