Mer effektiv og billigere solenergi kan være på vei

Forskere ved University of Cambridge har gjort et funn som kan endre hvordan solceller bygges i fremtiden. Det som lenge har blitt sett på som umulig, nemlig solceller laget av ett eneste materiale, ser nå ut til å være innen rekkevidde. Oppdagelsen kan åpne for enklere, rimeligere og mer effektive løsninger innen solenergi.

Ett materiale i stedet for flere

I tradisjonelle solceller er man avhengig av minst to ulike materialer for å skille elektriske ladninger og skape strøm. Cambridge-forskerne har derimot vist at et spesielt organisk halvledermateriale kan gjøre hele jobben alene.

Materialet består av et såkalt spin-radikalt molekyl kalt P3TTM. Det spesielle med dette molekylet er at det inneholder ett uparet elektron, noe som gir det uvanlige magnetiske og elektriske egenskaper.

Les også: Slå av denne funksjonen med én gang: Kan være svindlernes vei inn på mobilen

"Vi forbedrer ikke bare eksisterende design. Vi viser at organiske materialer faktisk kan generere elektriske ladninger på egen hånd", sier kjemiprofessor Hugo Bronstein, som har vært sentral i arbeidet.

Et skjult talent i molekylene

Forskergruppen utviklet opprinnelig disse molekylene for bruk i organiske lysdioder, der høy lyseffektivitet er avgjørende. Men i en ny studie publisert i Nature Materials avdekket de noe langt mer oppsiktsvekkende.

Når molekylene pakkes tett sammen, begynner de uparrede elektronene å samhandle på en måte som minner om det som kalles en Mott-Hubbard-isolator. Det er en type fysikk man vanligvis forbinder med uorganiske materialer, ikke organiske forbindelser.

"Det er her det virkelig blir spennende", forklarer Bowen Li ved Cavendish Laboratory. "Når materialet absorberer lys, kan et elektron hoppe til et nabomolekyl. Da dannes det positive og negative ladninger som kan trekkes ut som elektrisk strøm."

Nesten full utnyttelse av lyset

Forskerne demonstrerte prinsippet ved å lage en enkel solcelle bestående av en tynn film av P3TTM. Under laboratorietester viste cellen en ladningsinnsamling på nær 100 prosent. Det betyr at nesten hvert eneste lysfoton som traff materialet, ble omgjort til brukbar elektrisk ladning. Det skriver chip.

Dette skiller seg markant fra vanlige organiske solceller, der ladningsdannelsen kun skjer i grenseflaten mellom to forskjellige materialer, noe som ofte begrenser effektiviteten.

Kan gi enklere og lettere solceller

Videre arbeid har handlet om å finjustere hvordan molekylene ligger i forhold til hverandre. Målet er å sikre at ladningene ikke umiddelbart nøytraliserer hverandre, men i stedet bygger opp en spenning som kan hentes ut i endene av materialet.

Ifølge forskerne kan dette gjøre det mulig å produsere solceller av ett enkelt, lett og relativt rimelig materiale, noe som vil forenkle både produksjon og design.

Fortsatt langt til kommersiell bruk

Selv om resultatene er lovende, er teknologien fortsatt på et tidlig stadium. Det er foreløpig uklart hvor stabilt materialet er over tid og hvordan det vil fungere under reelle forhold utenfor laboratoriet.

Dagens kommersielle solceller har allerede høy ytelse, med levetid på rundt 25 år og virkningsgrader godt over 20 prosent. Samtidig har kostnadene for solenergi falt kraftig de siste tiårene. Ifølge tall fra Fraunhofer-instituttet kostet en vanlig solcelleinstallasjon i Tyskland ved utgangen av 2024 bare rundt ni prosent av det samme anlegget ville kostet i 1990.

Oppdagelsen fra Cambridge representerer derfor først og fremst et viktig vitenskapelig gjennombrudd. Om den også vil føre til nye produkter på markedet, vil fremtidig forskning avgjøre.

Les også: Vurderer du ChatGPT Plus? Dette må du vite før du betaler