Ny forskning bidrar till effektivare solceller i framtiden
Genom att två fotoner med låg energi slås samman till en med högre energi kan elektriciteten och verkningsgraden i solceller öka. Nu publiceras en ny studie om uppkonvertering av fotoner i vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
I princip all förnyelsebar energi på jorden härrör ifrån solen.
− Desto mer energieffektivt vi kan ta hand om denna energi, desto enklare och billigare kan vi klara av övergången från ett samhälle som är beroende av fossila bränslen till ett samhälle vars energi produceras på ett förnyelsebart sätt, säger studiens huvudförfattare, Karl Börjesson vid institutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet.
Solceller omvandlar ljus till energi
Ett av de effektivaste sätten att ta till vara ljuset från solen är med solceller. De solcellsmoduler som säljs idag har en verkningsgrad på 15-20 procent och den teoretiska maximala verkningsgraden ligger på strax över 30 procent.
− Den viktigaste orsaken till denna, till synes låga, verkningsgrad är att endast en mindre del av all den energi som solen strålar in till jorden kan omvandlas till elektricitet - fotoner med väldigt hög respektive väldigt låg energi förblir outnyttjade, säger Karl Börjesson.
Möjlighet till bättre verkningsgrad
Ett sätt att utnyttja fotonerna som har för lite energi för att kunna bidra till elektriciteten är att uppkonvertera dem.
− Det här kan visualiseras med en höjdhoppsribba. De fotoner som inte klarar hoppa över ribban producerar ingen elektricitet, och de fotoner som hoppar långt över ribban producerar lika mycket elektricitet som de som precis kom över.
Med fotonuppkonvertering menas att två fotoner med låg energi slås samman till en foton med högre energi, som då kan bidra till att elektriciteten och verkningsgraden på solcellen ökar.
− Vad vi visat i den här studien är hur det är möjligt att ta in fotoner ifrån alla riktningar, uppkonvertera dem, för att sedan skicka ut dem i en bestämd riktning.
Dessutom har forskarna visat att det med ett externt stimuli går att ändra riktningen på det utskickade ljuset. Att kunna rikta det uppkonverterade ljuset är viktigt, eftersom det ger en metod att koppla samman ett uppkonverteringssystem med till exempel en solcell på ett effektivt sätt.
Studierna har utförts av forskare från Göteborgs universitet och Chalmers.
Foto:
Bildtext:
Demonstration av ”uppkonverteringsfenomenet. När fotoner uppkonverteras skickas fotoner ut som har mer energi per fotoner än de absorberade. Det exemplifieras här i två prover som belyses med grönt ljus. I normalfallet skickas rött ljus ut som har lägre energi per foton, än det gröna ljuset, och i uppkonverteringsfallet skickas blått ljus ut som per foton har mer energi än det gröna ljuset. Fotograf: Victor Grey.
Porträttbild av Karl Börjesson.
Kontakt:
Karl Börjesson, institutionen för kemi och molekylärbiologi, Göteborgs universitet
karl.borjesson@gu.se, 031-786 9099, 0766-229099