Kvantemekanikk – organiske solceller

Kvantemekanikk gjør at energien kan bevege seg raskere i organiske solceller

Forskere ved universitetet i Göteborg har brukt kvantemekaniske effekter for å skape mer stabile organiske solceller. Ved hjelp av speil lukket de elektromagnetiske felt i systemet – og fikk energien til å ferdes raskere gjennom materien.

Organiske solceller er fleksible og tynne.
Organiske solceller er fleksible og tynne. (Foto: Fraunhofer ISE)

Forskere ved universitetet i Göteborg har brukt kvantemekaniske effekter for å skape mer stabile organiske solceller. Ved hjelp av speil lukket de elektromagnetiske felt i systemet – og fikk energien til å ferdes raskere gjennom materien.

  • energi

Kvantemekanikk handler om partikler som er mindre enn atomer – og ved Universitetet i Göteborg har forskere brukt et elektromagnetisk felt for å kombinere lys og materie til en hybrid tilstand. Deres manipulasjon skal blant annet kunne bidra til mer stabile organiske solceller som er lettere å produsere.

– Vi lukker inn elektromagnetiske felt i systemet ved hjelp av speil. Hvis du setter to speil veldig nær hverandre, oppstår en stående bølge mellom dem. Man kan sammenligne det med et musikkinstrument – avhengig av hvordan du stemmer gitaren din, får du en stående bølge som utgjør den spesifikke tonen du hører. Men vi gjør det i det synlige området, sier Karl Börjesson som er professor i fysisk kjemi ved Universitetet i Göteborg.

Han er hovedforfatter av studien, som ble publisert i Nature Communications.

Solceller av plast

Organiske solceller er laget av lysabsorberende polymere materialer og kalles også solceller av plast. De har fordelen at de kan gjøres tynne og bøybare.

Et svensk selskap som jobber med å utvikle organiske solceller er Epishine, som Ny Teknik har skrevet om flere ganger.

Men organiske solceller er ennå ikke så stabile og effektive som silisiumbaserte solceller.

For å få elektrisitet ut av den organiske solcellen, må en foton bevege seg fra stedet der den absorberes til et overflategrensesnitt der de to forskjellige materialene i solcellen møtes. Materialene må gjøres tykke nok til å absorbere lyset, men problemet er at energien beveger seg veldig sakte i materialene, noe som innebærer at den går tapt som varme før den når overflaten.

Les også

Den forrige løsningen

For å løse problemet kan man lage en såkalt bulk heterojunction solcelle. Deretter blandes de to materialene først, etterfulgt av faseseparasjon. Så dannes veldig små kanaler av de ulike materialene, noe som betyr at energien bare trenger å reise veldig kort vei for å nå overflaten etter at lyset er absorbert.

Man kan imidlertid få problemer når man bruker bulk heterojunction. Materialer som ser optimale ut, fungerer ikke nødvendigvis. Det neste problemet kan være at man får systemer som ikke er stabile over tid. Spesielt når cellen varmes opp, kan molekyler begynne å vandre, noe som endrer størrelsen på kanalene og dermed hvor godt solcellen fungerer.

Slik fungerer den nye metoden

Med en bulk heterojunction må man ta hensyn til hvordan blandinger endrer seg over tid, noe som er et mye mindre problem hvis man bruker såkalte flate systemer der lagene ikke blandes.

Forskere ved Universitetet i Göteborg har brukt den elektromagnetiske bølgen for å akselerere hvor raskt energien kan forflytte seg. Bølgen skal ha samme frekvens som overgangen i molekylet.

– Vi kobler sammen det elektromagnetiske feltet og materialet så sterkt at du får nye tilstander som har nye egenskaper. Den elektroniske tilstanden til molekylene bir modifisert, sier Börjesson.

Hvilken betydning kan forskningen ha?

Ifølge Börjesson er det viktigste framskrittet at man foreslår en ny løsning på problemet med hvordan energi skal nå grensesnittet, og i stedet for å bruke bulk heterojunction, kan det lages flate systemer. Han mener imidlertid at det er vanskelig å si hvilken effekt deres arbeid kan ha for organiske solceller.

– Så har vi perspektivet fotodioder, og der er potensialet nok litt større. Men størst er kanskje det kvantemekaniske perspektivet. Man har ikke tidligere tenkt så mye på at disse kvantemekaniske forholdene kan gjøre fotokjemi, sier Börjesson.

Artikkelen ble først publisert av Ny Teknik.

Les også

Kommentarer (1)

Kommentarer (1)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå