Nanotråder (Foto: Lund Nanolab)

NANOTRÅDER

Nanotråder forbedrer solcelleytelsen med nesten 70 prosent

  • Kraft

Nanoteknologi

  • Omfatter strukturer i størrelsesorden 1–100 nm, hvor en nanometer er en million­tedels millimeter (10-9 m). Karakteristisk for dette nivået er at strukturene er for store til å beskrives av enkle atommodeller, og samtidig er de for små til utelukkende å beskrives av klassiske teorier som f.eks. termodynamikk, klassisk elektromagnetisme og newtonsk fysikk.
  • Nanoteknologi er tverrfaglig og benyttes innen fysikk, kjemi, biologi, medisin og materialvitenskap. En viktig faktor for at nanoteknologibruken nå øker er at eksisterende teknologier bare kan forbedres på nanonivå, og det faktum at man stadig finner nye bruksområder for nanoteknologi. Noen eksempler:
  • Innenfor elektronikken har man til nå operert på mikronivå (dvs. over 100 nm), men i kampen for å gjøre komponentene raskere og strukturene mindre, må man gå over til nanonivå. De nyeste prosessorene opererer f.eks. på 32 nm, og de er derfor per definisjon nanoteknologi.
  • Genteknologien innenfor biologi og medisin, 
et felt i voldsom vekst, opererer naturlig på nanonivå.
  • Innenfor kjemi og materialvitenskap har man nå bedre teknikke­r og større og mer kompliserte strukturer.

Kilde: Wikipedia

Dagens solcelleteknologi er gammeldags, lite effektiv og dyr i produksjon, mener forskere og fagfolk knyttet til Lunds universitet i Skåne.

Disse forsker på ny teknologi som skal gi mer effektive solceller. Virkningsgraden til en silisiummodul skal typisk kunne forbedres med nesten 70 prosent. Hemmeligheten er nanotråder av galliumarsenid som opptar mer sollys og dermed mer energi.

Nanotrådene overføres til tynnfilm, og når denne filmen legges som et ekstra lag oppå eksisterende solceller, øker solcellens effektivitet. Teknologien er i prinsippet klar og skal kommersialiseres innen 2018.

Stadig billigere

Solcelleproduktene er blitt betydelig billigere på verdensmarkedet de siste årene, og mange mener det skyldes at kine­siske produsenter har stått bak dumpingsalg.

Dette har utviklet seg til å bli handelspolitikk både i USA og Europa – hvor man mener kinesiske myndigheter skal ha sub­sidiert deres produsenter. I 2012 innførte USA straffetoll på kinesiske solceller, og EU gjorde det samme året etter.

Vi møter professor Lars Samuelson i Lund hvor han erkjenner at denne utviklingen både er god og dårlig. Dårlig fordi kinesisk subsidiering hindrer forskning og utvikling i Kina på dette området.

Det betyr igjen mindre effektive solcelleprodukter. For hans egen forskning er utviklingen god, fordi den skaper større forståelse for å gjøre solcellene mer energieffektive.

Helt fra 1988 har Samuelson vært fokusert på nano­teknologiens muligheter, og han har frekventert disse miljøene som gjesteforsker både i USA og Japan. I 1986 ble Samuelson utnevnt som professor i halvlederfysikk ved Chalmers tekniske høyskole og Göteborgs universitet.

I 1988 returnerte han til hjembyen Lund hvor han ble professor i halvlederelektronikk. Samme år dannet han Nanometerkonsortiet i regi av Lunds universitet, og dette miljøet har etter hvert utviklet seg til å bli verdensledende innen nano.

I dag beskjeftiger Nanometerkonsortiet 250 forskere i Lund.

Les også: Et billig materiale kan øke solcelleeffekten med 50 prosent

Nanotråder. Lund Nanolab

Mange selskaper

I 2007 startet han et nytt nanoteknologimiljø, Lund Nano Lab, et avansert renromslaboratorium som i dag brukes av forskere fra både universitetet (cirka 75 prosent) og fra firmaer (cirka 25 prosent).

Ut fra dette kompetansemiljøet er det etablert flere selskaper med nano som produktbase; selskaper som QuNano AB, Glo AB og Sol Voltaics AB. Gulroten er aksjeopsjoner og deltakelse i et avansert utviklingsmiljø.

Både som forsker på Lunds universitet og som gründer og teknisk prosjektleder i de nevnte selskapene, er professor Lars Samuelson sterkt engasjert i forskning og produktutvikling innen nanotrådteknologi basert på galliumarsenid og andre halvledermaterialer som galliumnitrid for lysdiodtilpasninger.

I dag har han stort fokus på nanotrådsolceller, som rent produktmessig kjøres via Sol Voltaics. På hans labora­torium – og ved hjelp av galliumarsenid – vokser nanotrådene frem på gullpartikler som svever i en spesiell varm gass.

I lab-ovnen tar det bare ett sekund å bygge en 1 mikrometer lang tråd med en diameter på 60–100 nano­meter. Metoden som kalles Aerotaxy er skapt av forskere ved Lund Nano Lab og ble publisert for drøyt to år siden i tidsskriftet Nature.

Nanotrådene ligger først hulter til bulter, men kan rettes vertikalt slik at de blir enda mer sollyseffektive. Dette gjøres når nanotrådene blir blandet med en væske og «bakes» inn i en polymerfilm. Filmen legges så oppe på den vanlige solcellen, som et ekstra lag.

Les også: Denne næringen eksporterte for 8 milliarder - kan den ta av i Norge?

En ferdig nanotråd Lund Nanolab

95 prosent av sollyset

– Selv om nanotrådene bare dekker 10 prosent av film­arealet, suger de til seg hele 95 prosent av sollyset – et teknikkgjennombrudd som vi publiserte i Science for to år siden. En «gammeldags solcelle» vil ha en virkningsgrad på cirka 15–20 prosent av sollysets energi, mens denne nye nanotrådbaserte teknologien kan ligge i området 27–29 prosent sammen med kiselcellen, sier Samuelson.

Ved å kombinere to ulike halvledere, for eksempel GaAs og silisium, deler man opp solspekteret og absorberer kortbølgelyset i GaAs-cellen, som igjen slipper igjennom langbølgedelen av spekteret – som så absorberes av silisiumcellen.

Teknologien gir 68 prosent økt effektivitet med bare 21 prosent økte kostnader, og dét blir en viktig faktor fremover fordi solcelleproduksjonen generelt er kostbar.

– Nanotrådteknologien skal ikke bare brukes til mer effektive solceller. Den kan også brukes til mer effektive lyspærer og til rensing av vann, ved at nanotrådlyset dreper bakterier, sier Samuelson.

Les også: Nå kan du få støtte til å installere solceller på taket

100 milliarder

Det bør vel også nevnes at han i 2006 ble innvalgt som fagperson i det svenske Kungliga Vetenskapsakademien, som blant annet utdeler nobelprisen i fysikk, kjemi og økonomi.

Hans kollega Erik Olsson, direktør for forretningsutvikling i Sol Voltaics AB, sier:

– Solcellemarkedet har et potensial på 100 milliarder kroner på verdensbasis. Solceller gir naturlig nok størst ytelse i solrike land rundt ekvator, og gunstigst i land med dårlig infrastruktur og høye elpriser.

Ifølge et intervju med generaldirektør Erik Brandsma i svenske Energimyndigheten (Veckans Affärer, desember 2013) har Sverige i dag bare 25 megawatt med solceller, mens for eksempel Danmark har nærmere 500 megawatt solceller – og dét kan skyldes nettodebiteringsordningen.´

Nanotråder slik de ser ut hos Sol Voltaikcs Lund Nano Lab

Omdiskutert

Ordningen er som kjent omdiskutert rent politisk i Danmark hvor den p.t. ikke er så gunstig økonomisk som den opprinnelig var. Ifølge Brandsma vil ikke solkraft bety så mye for «elmiksen» de nærmeste årene i Sverige, men at de nok kan bli det på lengre sikt, kanskje om 30–40 år.

Jens Ulltveit-Moes Kagra er den største investor i selskape­t Sol Voltaics AB. Andre store investorer og eiere er Industrifonden, Nano Future Invest, FAM/Foundation Asset Management (Wallenberg-familien) og Teknoinvest.

Les også:

Rapport: Den beste temperaturen for solceller er under fem minus

Verdens største solcelleanlegg er satt i drift

Her vil de bygge Europas største solkraftverk