Nytt material gör solceller mer än dubbelt så effektiva

Perovskitmineraler har en säregen finmaskig nanostruktur, som gör dem bättre på att fånga in ljus än klassiska solceller. Nu har amerikanska forskare mer än fördubblat supermaterialets energiutbyte genom att byta ut en demmffa i solcellerna.

Förväntningarna är höga på solcellerna med det aktiva materialet perovskit.

© Shutterstock

Det är billigare att framställa och bättre på att samla in energi från olika typer av solstrålar.

Förväntningarna är höga på solcellerna med det aktiva materialet perovskit.

Särskilt sedan en grupp forskare vid Rochesteruniversitetet i New York nyligen publicerade en ny rapport som visar att de lyckats med att mer än fördubbla effektiviteten i de nya solcellerna.

Mineraler med speciellt mönster fångar in fler solstrålar

Perovskiter är en grupp mineraler som består av en förening mellan kalk, natrium, cerium eller strontium och titan, niobium eller järn.

De svarta eller vitaktiga mineralerna delar ett visst mönster på nanonivå som gör att de kan absorbera mer ljus och omvandla det till energi.

Perovskiternas finmaskiga struktur gör att de dessutom kan fånga in ett bredare spektrum av ljusstrålar än de klassiska kiselsolcellerna.

De senaste årtiondena har det forskats väldigt mycket i solceller, vilkas ljusabsorberande ämne är en perovskit i samspel med blybaserat salt, så kallade LHP (från engelskans lead-halide perovskite).

Illustration av perovskit-solcell

De blå-röda paren illustrerar en bruten förbindelse mellan elektron och atom. Genom att spegla perovskiternas finmaskiga kristallmönster gör plattorna med metall det svårare för elektronen och atomen att återupprätta förbindelsen, vilket gör solcellen mer effektiv.

© Chloe Zhang/University of Rochester

Förutom att de är effektiva och billiga att framställa är solceller med perovskit också böjliga, vilket eventuellt kan bana väg för nya, kreativa sätt att installera och använda solceller.

Metall gör solcellerna dubbelt så effektiva

Forskargruppen, under ledning av Kwang Jin Lee vid Rochesteruniversitetet, har experimenterat med att kombinera perovskitplattorna med olika andra material.

Tidigare har solcellerna haft ett lager med glassubstrat – en tunn spegelliknande film av extremt hårt glas.

Men när forskarna i New York i stället testade med ett tunt lager av härdad metall visade sig perovskitsolcellerna kunna omvandla 250 procent mer av ljusstrålarna till energi.

Solceller fungerar genom att fotonerna i ljusets strålar träffar det absorberande materialet och tillför energi som får elektronerna att bryta sin förbindelse till en atom.

Rörelserna i brytningen skapar en elektrisk ström, men när förbindelsen återupprättas omsätts energin till värme och kan inte användas som elektricitet.

Metallplattan förlänger den tid elektronen behöver för att återfinna sin plats vid atomen och ökar därmed den tid under vilken energi kan samlas in.

Något att grubbla på

Plattan fungerar som en spegel, som återspeglar perovskitkristallernas snirkliga struktur och "på grund av en massa överraskande fysik" blir det svårare för elektronerna att återupprätta förbindelser till atomerna, förklarar Chunlei Guo, en av forskarna bakom den nya rapporten, till Science Alert.

Även om perovskitsolcellerna har stor potential, ger deras relativt korta livslängd ändå forskarna något att grubbla på ett tag framöver.