Solkremstoff i folie dobler effekten fra solceller

Ny UiO-oppfinnelse kan fordoble effekten i dagens solcellepanel. Hemmeligheten er å bekle solcellene med en nanotynn folie bestående av solkremstoff og det grunnstoffet som brukes til å lage rødfargen på tvskjermer.

RØDE SOLCELLER: Per-Anders Hansen kan hente ut dobbelt så mye strøm fra dagens solceller ved å legge på oppfinnelsen sin, en spesiallaget, nanotynn folie krydret med solkremstoff og europium. Foto: Yngve Vogt

Sollyset inneholder langt mer energi enn hele verdens samlete energiforbruk. Problemet er at dagens solceller bare utnytter mellom en femtedel og en sjettedel av sollyset. Nå har stipendiat Per-Anders Hansen på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo oppdaget hvordan effekten kan dobles med svært enkle grep. Løsningen hans er å smøre en blanding av solkremstoff og tv-skjermstoff oppå dagens solcellepanel.

Rødt er best.

For å forstå hvorfor, må vi ha et lynkurs i sollys: Sollyset består av lyspartikler, også kalt fotoner. Hvert foton må ha en viss energimengde for kunne slå løs ett elektron i dagens solcellepanel. De løse elektronene blir til strøm. Problemet er at svært mange fotoner har for lite energi til å kunne slå løs et eneste elektron. Noen fotoner har faktisk for mye energi.

Røde fotoner er best egnet. De har akkurat passe mengde energi. Blå fotoner har dobbelt så mye energi. Energien til de grønne fotonene ligger et sted midt imellom. Begrensningene er at fargefotonene, uansett energimengde, bare klarer å slå løs ett elektron hver. All den overskytende energien går til spille. Det er synd.

Mye unyttig lys.

Halvparten av sollyset er usynlig. Brorparten av de usynlige fotonene gjør overhodet ingen nytte i dagens solcellepanel. Den energirike delen av det usynlige lyset kalles UV-stråler. UV-lys har opptil tre ganger mer energi enn rødt lys. Uansett energimengde, klarer UV-fotoner bare å slå løs ett elektron om gangen. Den ekstra energien går til spille. Men dette er en sannhet med store modifikasjoner. Hvis energien er for høy, klarer ikke UV-fotonene å trenge dypt nok ned i solcellen. Selv om de slår løs elektroner, er det ikke mulig å samle dem inn.

Den energifattige delen av det usynlige lyset kalles infrarød stråling. Mesteparten av de infrarøde fotonene har så liten energi at de ikke klarer å slå løs et eneste elektron.

– Det betyr: Ingen fotoner klarer å slå løs mer enn ett eneste elektron. All ekstra energi går tapt. Og mange fotoner gjør ingen nytte for seg. Det betyr at en stor del av solenergien går til spille i dagens solceller. Ved å omdanne alle lyspartiklene til rødt, kan solcellene bli tre til fire ganger mer effektive, påpeker Per-Anders Hansen.

Lurt triks.

Forklaringen er at fotoner med ulike energimengder trenger ned i ulike områder i silisiumplaten i solcellepanelet. Jo lavere energien er, desto lenger ned kommer fotonet. Dette har med bølgelengder å gjøre. Noen fotoner går tvers igjennom platen. Andre fotoner reflekteres momentant uten å gjøre noen som helst nytte for seg.

Poenget er: Hvis alle fotonene ble konvertert til den samme bølgelengden, kunne de ha slått løs elektroner i samme dybde i silisiumplaten.

Det er dobbelt bra.

– Da kan vi utnytte alle fotonene fra sollyset samtidig som solcelleplatene blir tynnere – og billigere. Det er penger spart for industrien.

Solkrem og TV-stoff.

Per-Anders Hansen har brukt doktorgradsarbeidet sitt til å finne en metode som overraskende enkelt konverterer UVfotoner til røde fotoner. Da dobles effekten.

Han har blandet virkestoffet i solkrem, titanoksid, med europium, det velkjente grunnstoffet som brukes til å lage rødfargen i tv-skjermer, oppå dagens solcellepanel, atomlag for atomlag.

UV-stråler slår løs elektroner i titanoksid. Disse elektronene har mye energi. Europium-atomene bruker denne energien til å sende ut røde fotoner.

– Da blir UV-fotonene forvandlet til røde fotoner.

Hansen tror ikke teknologien blir dyr.

– Titanoksid er billig og lett å fremstille. Og selv om europium ikke er billig, trenger man ikke mye. Folien skal være bare 30 nanometer tykk.

Dobler antall elektroner.

Hansen undersøker også hvordan de andre fargene i sollyset kan omformes til rødt lys. Ettersom blått lys har dobbelt så mye energi som rødt, ønsker han å dele opp et blått foton til to røde fotoner. Da kan man dra ut dobbelt så mye energi fra det blå lyset.

I første runde leter han etter et materiale som kan absorbere blått lys. Grunnstoffet ytterbium kan kanskje erstatte europium.

– Ytterbium har potensial til å sende ut to fotoner samtidig. Det er kjent, men ikke testet ut i denne sammenhengen.

Han ønsker også å finne et stoff som kan utnytte infrarøde fotoner, slik at to infrarøde fotoner kan omdannes til ett rødt foton.

Enkelt for industrien.

Hansen påpeker at oppfinnelsen hans ikke gjør det nødvendig å endre på dagens solceller.

– Vi ser for oss at vi kan legge en nanotynn folie på dagens solcellepanel. Da kan effekten dobles uten at industrien må legge om produksjonen sin, forteller Hansen, som håper på et svakt rødlig skjær i fremtidens solcellepanel.

Humortesten.

Hvis du har et solcellepanel på hytta, kan du prøve den nye teknologien ved å blande solkrem og alle de røde prikkene i tv skjermen, steke blandingen og smøre det utover solcellepanelet.

– Men det er kanskje likevel billigere å kjøpe nye solcellepanel til hytta enn å knuse tv-en, ler Per-Anders Hansen

Solceller

Dagens solceller klarer bare å utnytte sollys med en viss mengde energi.

Deler av sollyset har for mye energi (UV-stråling) og for lite energi (infrarød stråling).

Rødt lys har akkurat passe mengde energi.

Ved å omdanne alle lyspartikler til rødt, kan dagens solceller bli tre til fire ganger mer effektive.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Kjemi Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 11:39
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere