20.10.2021

Ladda batterier med hjälp av solceller på din jacka. Låter det rimligt? Då vi talar om solceller tänker de flesta kanske på stora, fyrkantiga paneler uppe på ett tak. I framtiden kan vi komma att hitta solceller på betydligt fler ställen, till exempel på våra kläder eller på bilen vi kör. Ronald Österbacka jobbar med att få fram en bättre förståelse för nästa generations organiska solceller.

De solpaneler man köper och installerar på taket i dag är ofta gjorda av kisel. De är effektiva, stabila och robusta med en livslängd på omkring 25 år. Nackdelen med paneler gjorda av kiselsolceller är att de börjar närma sig gränserna för vad som är möjligt att uppnå för solceller av det materialet. De är dessutom tunga, hårda, och gjorda av ett material som har ett högt brytningsindex, eller hög dielektrisk konstant. Det här betyder att när ljuset faller in på panelerna i en tillräckligt stor vinkel från normalen, alltså då ljuset faller snett, så reflekteras det bort. Det här ser vi oftast på kvällar när solen ligger lågt på horisonten och betyder i praktiken att solcellernas effektivitet avtar om panelerna inte behandlas till exempel med ett icke-reflekterande skikt.  

– Den energi som krävs för att tillverka solceller av kisel gör att det tar ganska många år innan investeringen betalat sig, ofta uppemot fem år. Nästa generations solceller är till exempel gjorda av lätta, organiska material som kol och väte. Eftersom de här solcellerna energimässigt är väldigt mycket enklare att tillverka så blir deras energiåterbetalningstid mycket kortare, bara någon månad. En annan fördel med nya generationens solceller är att de kan tillverkas med hjälp av trycktekniker som gör att de får ett mycket lägre koldioxidavtryck, säger Ronald Österbacka, professor i fysik vid Åbo Akademi.

Forskningen i Österbackas team går ut på att försöka förstå nästa generations solceller för att man i framtiden ska kunna tillverka hållbara och stabila solceller. Problemet har hittills varit låg effektivitet, men en intensiv forskningsinsats under de senaste åren har gjort att man bättre förstår de fysikaliska processer som sker i solcellerna och hur man ökar effektiviteten i solcellerna. Resultatet är att den nya generationens organiska solceller nu är uppe i nästan samma effektivitet som kiselsolcellerna.

Medan dagens solpaneler ofta behöver ställas i en viss vinkel på taket eller på marken för att vara så optimalt orienterade mot solen som möjligt är det här inte alls ett lika stringent kriterium för de organiska solcellerna. De kan placeras lite hur som helst eftersom de är lätta, böjliga och tunna.  Lättvikten gör också att belastningen på konstruktionen solpanelen står på är betydligt lägre än med kiselpaneler, medan flexibiliteten gör att de är enklare att integrera. De organiska solcellerna har dessutom en låg dielektrisk konstant vilket innebär att solcellen absorberar mera ljus oberoende av vinkeln.

– Utmaningen med energi producerad med solceller är lagring och distribution, men den energi man lyckas ta tillvara är mycket miljövänlig. Då den sedan används till exempel för att framställa miljövänliga bränslen som metanol eller vätgas ur den koldioxid som finns i luften har vi kommit en bra bit på vägen i det som är en av visionerna till varför man överhuvudtaget ska använda solpaneler inom bränsleindustrin. Här talar vi en ny nivå av påverkan inom det teknologiska området där vårt uppdrag är att skapa förutsättningar för framtidens förnybara energiproduktion.

Fakta: Teknologier för en hållbar framtid

• Åbo Akademi har fyra forskningsprofiler, varav Teknologier för en hållbar framtid är en. Profilen är mångvetenskaplig och har som mål att finna tekniska lösningar som kan hejda den pågående klimatförändringen och bidra till en ren miljö och ett hållbart samhälle.
• Inom forskningsprofilen utvecklas metoder och teknik som stöder övergången till hållbar produktion och energiförsörjning. Speciellt fokus läggs på att utveckla ny teknologi för att ersätta fossila råvaror med förnybara resurser såsom biomassa och solenergi.
• Finland, med sina stora skogsresurser och världsledande företag, har en unik möjlighet att inta en ledande roll i hur man kan utnyttja molekyler från biomassa för att ersätta fossila råmaterial.
• Även för utvecklingen av nya billiga och miljövänliga material för solceller är potentialen enorm: endast 0,01 % av solenergin som når jordens yta skulle räcka till för att täcka hela världens energibehov.
• Profilområdets styrka ligger i en slagkraftig kombination av djupt kunnande inom naturvetenskap, kemiteknik samt process- och energiteknik.

Klicka här för att läsa mera om forskningsprofilen och hur du kan bidra.