Forskning vid Luleå tekniska universitet undersöker hur en ny typ av tunnfilmssolceller kan tillverkas till lägre kostnad och samtidigt möjliggöra att byggnader producerar el – utan att hindra dagsljus från att komma in.
Idag dominerar kiselsolceller marknaden, men de är resurskrävande att tillverka och passar inte alltid för ytor som fönster och fasader. Forskare riktar därför intresset mot tunna, halvgenomskinliga solceller som kan integreras i byggnader, där de både släpper igenom ljus och alstrar el.
– Solceller behöver inte bara sitta på taket. Om vi kan bygga in dem i glaspartier eller fasader öppnar det för helt nya tillämpningar. Byggnader har enorma ytor som vi hittills inte utnyttjat för energiproduktion. Med den här tekniken kan varje fönster bli en liten elproducent, säger Pankaj Kumar, som nyligen disputerat i experimentell fysik vid Luleå tekniska universitet.
I sin doktorsavhandling har Pankaj Kumar undersökt ett material som kallas antimonsulfid. Det är en oorganisk förening av antimon och svavel som fångar upp solljus och omvandlar det till el. Materialet är giftfritt, finns naturligt i jordskorpan och har en relativt låg kostnad. Många av dagens solcellstekniker använder komponenter som är giftiga, dyra eller har begränsad stabilitet, vilket forskarna försökt lösa genom att ersätta både ljusabsorberande och ledande skikt med mer miljövänliga alternativ.
Genom att pröva olika tillverkningsmetoder och lagerstrukturer har forskarna utvecklat solceller med förbättrade egenskaper. Bland annat har de ersatt farliga material med andra alternativ, förbättrat solcellernas hållbarhet och uppnått resultat för extremt tunna och halvgenomskinliga solceller. De nya materialen hade exempelvis en genomsnittlig ljusgenomsläpplighet (AVT) på över 20 procent, samtidigt som de producerade el, vilket gör att solcellerna kan användas som fönsterglas.
I avhandlingen redovisas även flera tekniker för att tillverka tunna och jämna filmer av antimonsulfid. Med hjälp av sputtring, en metod där materialet frigörs från en källa med hjälp av joniserad gas och avsätts som en tunn film, har Pankaj Kumar tagit fram solceller med god verkningsgrad även vid tunna skikt.
Tekniken är inte färdig för kommersiell användning, men forskningen fortsätter nu med fokus på att öka hållbarheten över tid.
– Vi måste tänka nytt kring hur vi producerar och använder el i vardagen. De här solcellerna visar att det går att förena energieffektivitet med hållbarhet och estetik. Framtidens byggnader ska kunna producera sin egen el utan att göra avkall på design eller ljusinsläpp. Mina resultat visar att vi är på god väg dit, säger Pankaj Kumar.
