KTH storsatsar<br></br>på nanosolceller

2006-10-24 23:00  

Nanosolceller är KTHs senaste storsatsning. Nybildade Centrum för molekylär elektronik har fått drygt 40 miljoner kronor för att utveckla en ny generation solceller och gå från labb till massproduktion.

Det spröjsade fönstret i sydväst står på vid gavel. Solljuset flödar in och träffar den lilla solcellen som ligger på fönsterbrädan. Anders Hagfeldt, chef för Centrum för molekylär elektronik, står bredvid och mäter hur stor del av ljusets energi som solcellen förmår suga upp. Siffran hamnar runt 7-8 procent.
Solcellen på fönsterbrädan tillhör tredje generationens solceller, en generation som hundratals industriföretag världen över tävlar om att bli först med att producera. För nanosolceller, eller Grätzelceller som de också kallas, kan tillverkas med en teknik som jämfört med vanliga solceller är extremt billig. I dem tas ljusets energi tillvara på ett sätt som liknar växternas fotosyntes. Men i stället för klorofyll, som i naturen bryts ner på bara 15 minuter och ständigt måste återskapas, använder forskarna nanopartiklar av titandioxid som doppats i ett rött färgämne, rutenium. Färgämnets elektroner får så mycket energi av ljuset att de kan hoppa ut ur molekylen och skapa en ström mellan två elektroder. Elektrolyten mellan elektroderna skyfflar nya elektroner till färgämnet så att det kan fortsätta att skapa ström.
Det låter enkelt och är det också. Tredje årets kemiteknologer tillverkar solceller under en eftermiddagslaboration. Och finns bara de rätta ingredienserna kan du själv göra dem hemma i köket. Som färgämne duger blåbärs- eller lingonsaft. Björnbärssaft är inte heller så tokigt för att visa att det fungerar, enligt Anders Hagfeldt. Hela tillverkningen sker långt från de dyra utrustningar och renrum andra typer av solceller kräver.


Den enkla principen och lovande resultat har lett till att Energimyndigheten förra året satsade 4 miljoner kronor i hopp om att i framtiden få se robusta moduler av nanosolceller uppsatta på svenska fastigheter. Centrumet fick i början av året ytterligare 16 miljoner för att senast år 2008 ha framme en 60×60 centimeter stor prototyp.
I somras kom nästa utdelning då Wallenbergstiftelsen gav 46 miljoner till ett grundforskningsprojekt på centrumet. Hälften, 23 miljoner, ska användas för att under en femårsperiod utveckla en solcellskonstruktion som kan ge verkningsgrader över 32 procent.
-Det är kemin som är high-tech och utmaningen när det gäller att realisera sådana verkningsgrader, säger Anders Hagfeldt.
De kiselsolceller som i dag finns på marknaden har en verkningsgrad på 15 procent, rekordet ligger runt 25 procent. Nanosolcellen har bara 7 till 8 procents verkningsgrad. Det betyder att nanosolcellen måste kosta mindre än hälften av kiselsolcellen för att kunna konkurrera. Dessutom måste livslängden kunna mäta sig med kiselsolcellen som håller 20 till 30 år. Det är en knepig uppgift att lösa, eftersom det inte bara handlar om att ta fram färgämnen som fångar upp större delar av ljuset och elektrolyter som kan skyffla laddningar snabbare när solljuset är starkt. De måste också fungera perfekt ihop.
-Vi har ännu inte hittat den optimala elektrolyten, säger Anders Hagfeldt. I dag går det åt för mycket energi när laddningarna ska gå tillbaka till färgämnet.
Vid centrumet arbetar därför en forskargrupp med att skapa och testa hundratals elektrolyter.

I ett annat labb sitter forskargruppen som ägnar sig åt färgämnena. Här finns lådor fulla av glasburkar med färger som ska testas. En låda är hemlig. I den finns färgämnen som kemister vid ett av världens största kemiföretag, tyska BASF, har designat. Företaget är centrumets industriella samarbetspartner, och forskarna vid KTH får betalt för att utvärdera hur bra deras färger suger upp solens energi
-Tyvärr samarbetar vi inte med något svenskt företag. Det är inga som satsar på det här området. För oss är det nödvändigt att ha tillgång till den styrka och kunskap ett stort företag som BASF har, bland annat när det gäller hur man hanterar licenser på patent.
Men steget från solceller tillverkade i labbet till celler färdiga för massproduktion är långt. Det krävs nya testredskap och tillverkningsprocesser. Den delen av utvecklingen görs av en forskargrupp vid IVF industriforskning och utveckling i Mölndal. Här testas de nya komponenterna i testceller som tillverkats med industriella tillverkningsprocesser. Dessutom utvecklas teknik som minimerar resistansförlusterna i elektroderna när solcellerna kopplas samman till stora moduler. Då krävs också nya lösningar så att effektiviteten på en modul inte drastiskt försämras om en av 50 celler fungerar dåligt. Hittills har arbetet vid IVF resulterat i två patent.
-Vårt mål är att ta fram en plattform för kommersialisering av moduler för utomhusapplikationer, säger Henrik Pettersson, projektledare vid IVF.

Men innan nanosolcellerna sitter på husväggen kan de mycket väl hitta en marknad inomhus. Här finns ingen kyla som får elektrolyten att frysa, inget regn som kan slå sönder höljet och ljuset är tusen gånger svagare än en solig dag utomhus. Det senare gör att kraven på elektrolyten minskar, den behöver inte vara så snabb med att leverera laddningar. Allt bidrar till att göra solcellen blir mer långlivad.
-Hittar vi en bra nisch kan vi börja tillverkningen inom något år, säger Anders Hagfeldt och rullar lite på tågvagnen framför sig.
Vagnen togs fram för en leksakstillverkare. Elen från en liten solcellsmodul på taket (tre volt, tio mikroampere) skulle driva en display som visade hur människor och djur rörde sig inne i vagnen. Men företaget beslutade sedan att inte satsa på sådana "exotiska produkter".

Grafik: Ingemar Franzén Foto: Magnus Neideman

Ulla Karlsson-Ottosson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt