Nyt gennembrud for organiske solceller

Af Sune Holst, suneholst@mci.sdu.dk

Organiske solceller har en lang række fordele i forhold til traditionelle solceller af silicium – de er billigere at producere, de er mere miljøvenlige, de er bøjelige og så er de gennemsigtige. Problemet er bare, at organiske solceller fortsat halter bagud, når det kommer til effektivitet og holdbarhed. Nye forskningsgennembrud er dog ved at eliminere disse udfordringer. 

Først lykkedes det forskere fra Nankai University tilbage i august 2018 at konvertere 17,3% af energien fra solens stråler om til elektricitet, hvilket slog den hidtidige rekord på 14% med flere længder. Udviklerne sagde ved den lejlighed, at potentialet ved organiske solceller er blevet undervurderet, og at de organiske solceller en dag ude i fremtiden måske vil udkonkurrere de konventionelle – hvis blot udfordringerne med de organiske solcellers levetid og holdbarhed kan blive løst. De skal kort sagt være mere robuste. 

Klarer sig igennem hård stresstest

Og nu har forskere ved SDU Sønderborg taget et stort skridt i forhold til at løse lige præcist det problem. I en ny artikel publiceret i det anerkendte videnskabelige magasin, ’ACS Applied Energy Materials’, konkluderer forskerne, at organiske solceller ved hjælp af en ny type kontaktlag kan forlænge deres levetid markant. 

Lektor Morten Madsen fra Mads Clausen Instituttet under SDU er leder af solcellegruppen, der tæller ni forskere og flere studerende, og han fortæller, at organiske solceller med det nye kontaktlag i høj grad har formået at opretholde sine funktioner under en 10 dage lang stresstest -  en klar forbedring i forhold til referencesolceller uden de nye kontaktlag. 

Kendt metode, men ny anvendelse

Morten Madsen og hans forskergruppe har opnået det banebrydende resultat ved hjælp af sputtering. Ordet sputtering er egentlig afledt af ’spytte’ eller ’sprutte’, men dækker over forstøvning af et materiales overflade under partikelbeskydning. Ved at bombardere en overflade med ioner ’spyttes’ et antal molekyler og atomer ud fra materialet. Effekten blev opdaget tilbage i 1853 af den britiske fysiker William Robert Grove.  - Det er utraditionelt at bruge denne metode til solceller, men den har vist sig yderst brugbar til at forlænge deres levetid, siger Morten Madsen. 

Han fortæller videre, at forskerne fra solcellegruppen har fundet ud af, at det det har stor effekt er at tilføre ekstra ilt ind til oxiden, hvilket medfører, at et ultratyndt metal-oxid-lag lægger sig fint over den organiske solcelle. 

- Det handler om at prøve sig frem, men hvis man først har fundet den rigtige opskrift, så er den let at gentage.

Postdoc Mehrad Ahmadpour, som er første-forfatter på den nye videnskabelige artikel er også meget glad for de nye resultater:

- Vores nye kontaktlag har vist sig at forbedre levetiden af de organiske solceller væsentligt, og vi undersøger nu om vi kan forbedre dette yderligere, og om de også kan anvendes til andre typer solcelleteknologier.

Udover de nye stabile kontaktlag arbejder forskerne også på at stabilisere selve det aktive organiske lysabsorberende lag i solceller.  

Store perspektiver for organiske solceller

Der er stadig et stykke vej, før organiske solceller kan konkurrere med siliciumsolceller, men med de seneste forskningsmæssige resultater, så er der blevet taget flere syvmileskridt på ganske kort tid. Med den hastighed, så er det ikke længere usandsynligt, at vi ser organiske solceller for alvor træde ind på markedet for vedvarende energi inden for en overskuelig årrække.

- Og det åbner op for nogle yderst interessante perspektiver. Organiske og hybride solceller kan integreres i vinduer, facader og andre dele af bygninger. Det betyder, at strøm kan blive produceret der, hvor den skal bruges, nemlig i byerne, forklarer Morten Madsen.