Genombrott för solcellsforskning

I kommande Science visar forskare från Lunds Tekniska Högskola hur så kallade nanotrådar kan bana väg för effektivare och billigare solceller.

– Våra resultat är de första som visar att det på allvar går att använda nanotrådar för att göra solceller, säger Magnus Borgström, forskare i halvledarfysik och huvudförfattare.

Forskningen på solcellsnanotrådar runt om i världen är på uppåtgående. Hittills var den ouppnådda och hägrande drömgränsen tio procents verkningsgrad - men nu kan Magnus Borgström och hans kollegor rapportera 13,8 procents verkningsgrad.

Trådarna byggs av halvledande indiumfosfid och fungerar likt antenner som suger åt sig solljuset och genererar en ström. Trådarna sorteras i kvadratmillimeter stora ytor som var och en rymmer fyra miljoner nanotrådar. En nanotrådssolcell kan ge flera gånger mer effekt per aktiv ytenhet än dagens kiselceller.

Nanotrådssolceller har ännu inte hittat ut från laboratorierna, men planen är att tekniken så småningom kan användas i exempelvis stora solcellsanläggningar i soliga områden som sydvästra USA, södra Spanien och Afrika.

Det lundaforskarna nu lyckats med är att hitta och konstruera snudd på den ideala diametern på trådarna.

– Rätt storlek är avgörande för att trådarna ska kunna absorbera så många ljus-fotoner som möjligt. Är de bara några tiotal nanometer mindre fungerar de betydligt sämre, berättar Magnus Borgström.

De kiselsolceller som används för att exempelvis ge el till dagens bostäder är relativt billiga, men ineffektiva eftersom de bara förmår utnyttja en begränsad del av solljusets effekt. Anledningen är att ett enda material inte kan ta upp mer än en viss del av strålningens spektrum.

Ett parallellt forskningsspår till nanotrådstekniken går därför ut på att kombinera olika slags halvledarmaterial för att fånga upp ett bredare spektrum. Nackdelen är att dessa blir extremt dyra och därför bara kan användas i nischade sammanhang, exempelvis på satelliter och militärflygplan.

Så är dock inte fallet med nanotrådarna. På grund av deras små dimensioner kan samma sorts materialkombinationer skapas med mycket mindre möda, vilket kan ge hög verkningsgrad till lågt pris. Processen är tillika mindre komplicerad. Med nanotrådar kan man välja flera slags substrat och inte bara dyrt så kallat III-V substrat. I Science-artikeln visar forskarna ur nanotrådarna kan generera strömmar på samma nivå som en tunn film av samma material, även om de bara täcker ca 10 procent av ytan istället för 100 procent.

Forskningen har bedrivits inom ramen för ett EU-finansierat projekt, AMON-RA, som koordinerats av Knut Deppert, professor i fysik vid Lunds universitet. (www.amonra.eu)

– Som koordinator är jag mycket stolt över ett sådant fantastiskt slutresultat av projektet som klart ligger över våra förväntningar. Vi kommer förstås att fortsätta forskningen kring nanotrådssolceller där vi vill få ännu högre verkningsgrad än de 13,8 procent som vi rapporterar nu, säger Knut Deppert.

Artikeln finns än så länge endast online – läs här: http://www.sciencemag.org/content/early/recent

För mer information, kontakta Magnus Borgström, 046- 222 14 94, 0734-21 60 75, magnus.borgstrom@ftf.lth.se eller Lars Samuelson, professor i halvledarfysik, 046-222 76 79, 070-317 76 79, Lars.Samuelson@ftf.lth.se, eller Martin Magnusson, disputerad från LTH och numera vid spinoff-företaget SolVoltaics och som också är involverad i projektet, 070-57 403 50. Eftersom Magnus Borgström är handledare för en doktorand, Jesper Wallentin, som är medförfattare i Science-artikeln och som råkar disputera fredagen 18 januari kan det periodvis vara svårt att få tag på forskarna.