Kvantvärld utan köer kan ge bättre solceller
I en aktuell studie från Lunds universitet har forskarna använt ny teknik för att studera extremt snabba processer i solceller. Forskningsresultaten utgör ett konkret steg närmare mer effektiva solceller i framtiden.
Vanliga solceller har en effektivitet vars övre gräns ligger på cirka 33 procent. Men nu ser forskarna möjlighet att lyfta den gränsen till över 40 procent, vilket därmed rejält förbättrar potentialen med denna energikälla.
Forskningsförsöken i den aktuella studien handlar om att tricksa på kvantnivå med både fotoner, det vill säga ljuspartiklar, och elektroner. Med kvantnivå menas den värld i mikrokosmos som enskilda atomer och deras byggstenar utgör. Och med tricksandet menas att forskarna utnyttjar det faktum att naturlagarna på kvantnivå fungerar lite annorlunda än vad vi är vana vid i vår egen värld.
– Att det hela funkade var faktiskt lite av en överraskning, säger Tönu Pullerits, professor i kemisk fysik vid Lunds universitet.
I forskningsstudien har Tönu Pullerits och hans kollegor undersökt solceller innehållande bollar av material i nanometerstorlek, vilka kallas kvantprickar. Dessa kvantprickar kan liknas vid enskilda konstgjorda atomer av halvledarmaterial. När solljuset träffar kvantprickarna kan man få ut två elektroner ur en foton, vilket är förklaringen till att solcellernas effektivitet kan höjas.
– Ja, genom detta kan man radikalt förbättra solcellerna, säger Tönu Pullerits.
Anledningen till att denna effekt uppstår är de kvantmekaniska lagar som styr i mikrokosmos. Fenomenet kallas kvantkoherens och kan medföra en typ av energiöverföring som ger ett nästan fulländat energiflöde utan bromsklossar. Koherensen innebär att energiflödet kan finna den kortaste vägen genom att ta alla möjliga vägar samtidigt och sedan välja den bästa. Man skulle lite långsökt kunna likna det vid att slippa välja kö till kassorna i matbutiken – istället kan man stå i alla köerna samtidigt och se vilken som går fortast. Fast i verkligheten handlar det om ett händelseförlopp som går extremt snabbt; det rör sig om miljarddelar av en miljarddels sekund i kvantvärlden. Det har diskuterat livligt bland forskare att fenomenet kanske används av vissa fotosyntetiska organismer som fångar in solens ljus.
Tönu Pullerits och hans kollegor har under de senaste åren bedrivit forskning kring att försöka förstå och kontrollera koherensfenomenet för att kunna utnyttja det i exempelvis effektivare solceller, men resultaten kan användas även i andra sammanhang där rörelsen och växelverkan av elektroner och fotoner är avgörande, exempelvis i framtidens supersnabba kvantelektronik.
Den aktuella studien är ett samarbete mellan Lundaforskare och kollegor i Oregon, USA. Studien publiceras nu i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
För mer information, kontakta:
Tönu Pullerits, professor
Kemiska institutionen, Lunds universitet
Tel 0707-20 61 42
tonu.pullerits@chemphys.lu.se
Taggar:
