Solcellsanläggningar är extremt populära i de nordiska länderna. Det är driftsäkra, bullerfria och förnybara energikällor. Men de är också kända för att vara relativt ineffektiva jämfört med andra energiformer.
När solens ljus träffar cellerna absorberas och samlas endast en procentdel av ljuset som energi. Resten reflekteras bort. De mest effektiva solcellerna på marknaden har därför bara en effektivitet, eller verkningsgrad, på omkring 23 procentmedan genomsnittet ligger på mellan 17 och 19 procent.
Nu har forskare från det amerikanska energidepartementets forskningsenhet, National Renewable Energy Laboratory, demonstrerat att det är möjligt att bygga solceller med en verkningsgrad på hela 47.1 procent.
Men då handlar det inte heller om en vanlig solcellsanläggning.
Ljuset koncentreras som från 143 solar
För det första är solcellen tillverkad i skikt av sex olika fotoaktiva material. Solcellen är tre gånger tunnare än ett hårstrå från en människa, men den består faktisk av 140 individuella skikt som är placerade ovanpå varandra.
Solens vita ljus består av ett brett spektrum av våglängder och olika typer av material har varierande kapacitet att fånga upp olika våglängder. Den skiktade konstruktionen kan med andra ord nyttja en större del av det totala ljusspektret för energiproduktionen.
För det andra optimeras koncentrationen av ljus med hjälp av en konstruktion av speglar som fokuserar ljuset på solcellen. På så sätt uppnår forskarna en ljuskoncentration som motsvarar 143 solar.
Om den sortens speglar skulle användas på vanliga solcellsanläggningar skulle det innebära att speglarna följde solens rörelse och upprätthöll en exakt vinkel för ljusets infallsvinkel inom en grad på 90 grader. Det skulle vara dyrt och komplicerat.
Rymdfart och bilar står längst fram i kön
Därför är det också ännu mer interessant att forskarnas solceller under normala omständigheter – det vill säga vid vanligt solljus och utan användning av sinnrika spegelkonstruktioner – uppnådde en effektivitet på 39,2 procent. Det är fortfarande betydligt bättre än de nuvarande lösningarna på marknaden.
På grund av termodynamikens lagar är det omöjligt att uppnå en perfekt verkningsgrad. Den teoretiska gränsen ligger runt 86 procent, men forskarna tror att de med hjälp av förbättringar i konstruktionen kan uppnå 50 procent.
De amerikanska rekordsolcellerna befinner sig fortfarande på ett experimentellt stadium och kommer inte installeras på våra hustak inom den närmaste framtiden. De första användningsområdena återfinns inom militären och rymdforskningen och kanske även i våra bilar.