Forskere på ingeniørskolen ved Australian National Research University (ANU) hatt latt seg inspirere av en sommerfugl og møll. Resultatet er en teknologi som kan gjøre solceller bedre og mer effektive.
Den peruanske sommerfuglen Morpho Didius har vinger med nanostrukturer som bøyer og manipulerer lyset for å få fram dens iøynefallende blåfarge. Disse strukturene har forskerne forsøkt å gjenskape.
I tillegg er forskerne inspirert av øynene til møllen. Øyeoverflaten er dekket av nanostrukturer som raderer ut refleksjoner. Det beskytter møllen mot fiender, men kan også brukes til å styre hvordan lyset går i en solcelle.
Formålet er å manipulere de ulike delene av lyset til å gå dit man ønsker.
– Fram til nå har det vist seg å være vanskelig å få lys til å gå nøyaktig dit du ønsker, sier forskningsleder Dr. Niraj Lal ved ANU til Phys.org.
Viktige nanostrukturer
Erik Stensrud Marstein, forskningssjef ved institutt for energiteknikk (IFE) forteller at en av de viktigste retningene for utviklingen av solceller fremover vil være å styre lysets gang i solcellene.
Ved å ta i bruk de riktige nanostrukturene, kan man lage solceller som kun tar opp lyset som produserer energi i solcellen. Resten av lyset kan sendes igjennom cellelaget.
– Det gjør at man kan unngå unødvendig oppvarming, sier Marstein til TU.
Teknologien er også spesielt interessant for såkalte tandem-solceller, altså solceller med flere lag, forteller Marstein. ANU-forskerne kombinerer perovskitt-solceller med silisiumsolceller. TU har tidligere skrevet hvordan slike solceller kan gjøre vanlige solceller mer effektive.
Ved å eksperimentere med nanostrukturer inspirert av Morpho Didius forsøker ANU-forskerne å absorbere de blå, grønne og ultrafiolette fargene med solskinn i perovskitt-laget. Det røde, oransje og gule lyset skal absorberes av silisiumslaget (se PDF for hele rapporten).
- Dansker nær nytt solcellegjennombrudd: Men teknologien kan allerede være for sent ute
Høyere virkningsgrad
I april annonserte ANU-forskerne at de hatt satt ny effektivitetsrekord for slike tandem-solceller. Da hadde de klart å fremstille solceller med en effektivitetsgrad på 26 prosent.
– Vi ble overrasket over hvor bra våre bittesmå pyramideformede strukturer sendte de ulike fargene dit vi ville, sier Lal til Phys.org.
Marstein forteller at man i dag bruker solceller med pyramider som er veldig store sammenliknet med lysets bølgelengder. Dette krever relativt mye materiale å fremstille. ANU-forskernes teknologi muliggjør dermed tynnere solceller.
– Hvis man kan lage en solcelle tynnere, men samtidig fange like mye lys, vil den få en høyere spenning og samtidig produsere like mye strøm. Dermed vil man også få en høyere virkningsgrad, sier Marstein.
Penger å spare
For å illustrere metoden sammenlikner han den med to vannbølger som treffer hverandre.
– Dersom bølgene er akkurat i fase, vil bølgen bygge seg opp. Hvis de er nøyaktig i motfase vil de kansellere hverandre. Forskerne forsøker å manipulere bølgene, eller sollyset, på en måte som gjør det mulig å styre lyset dit man vil, sier Marstein.
Han sier at det potensielt er mye penger å spare ved å utvikle tynne solceller, men at man hittil ikke har klart å få det til å fungere i industrielt interessante prosesser.
– Dersom vi klarer å finne en kostnadseffektiv måte å lage disse strukturene på, kan vi lage billigere og bedre solceller, sier Marstein.
Han er fascinert av naturens evne til å lage avanserte materialer.
– Det hadde vært best å lære hvordan sommerfuglen lager disse strukturene, helt gratis og helt av seg selv. Da kunne vi kanskje grodd materialet i naturen, i stedet for å bruke heftige synteseteknikker på å lage det i et laboratorium. Naturen er således veldig imponerende og litt frustrerende, sier Marstein.
