Nordisk Energi 1
SOLENERGI Supermaterialet grafen öpp FRAMTIDENS S
OLCELL Ett stort antal forskare världen över arbetar idag med att ta fram en ny generation solceller för att ersätta de kiselbaserade solceller som nu dominerar marknaden. Tack vare sina unika egenskaper skulle supermaterialet grafen kunna öppna upp nya möjligheter för många av de nya solcellstekniker som utvecklas och hjälpa till att göra framtidens solceller bättre och billigare. Av Alarik Haglund S olceller baserade på så kallade perovskitmaterial är ett av de mest lovande alternativen till dagens kiselbaserade solceller. Perovskitmaterial, som utmärks av att de har samma kristallstruktur som mineralet perovskit, är bland annat attraktiva att använda i solceller eftersom de är mycket bra på att absorbera solljus. När de första perovskitsolcellerna presenterades 2009 av forskare från Toin University i Japan hade de visserligen bara en verkningsgrad på 3,8 procent, men tack vare att verkningsgraden ökat i snabb takt kan de idag uppnå en verkningsgrad på mer än 25 procent under laboratorieförhållanden. Det betyder att de redan kan mäta sig med de bästa kiselsolcellerna, som i laboratoriet uppnått en verkningsgrad på 26,7 procent. Det finns också gott om utrymme för verkningsgraden att fortsätta att öka. I teorin kan solceller baserade på perovskitmaterial nämligen uppnå en verkningsgrad på 66 procent, medan den teoretiska gränsen för hur hög kiselsolcellernas verkningsgrad kan bli bara är omkring 32 procent och de därmed närmar sig gränsen för vad de kan åstadkomma. Dessutom är perovskitsolceller mycket billigare att tillverka än kiselsolceller och de kan göras tunna och böjbara, vilket betyder att de kan placeras på i stort sett vilken yta som helst. På grund av att de är känsliga för bland annat fukt, syre, ljus och elektriska fält har 74 perovskitsolceller emellertid, trots att forskarna arbetar med att ta fram nya perovskitmaterial för att förbättra den långsiktiga stabiliteten, än så länge en mycket begränsad livslängd. Perovskitsolcellernas verkningsgrad sjunker också snabbt i samband med att storleken skalas upp. Det är här supermaterialet grafen med sina unika egenskaper kommer in i bilden. Mångsidigt material Det mångsidiga materialet grafen är i likhet med grafit en så kallad allotrop av grundämnet kol. Precis som i grafit är kolatomerna i grafen ordnade i ett hexagonalt mönster, men till skillnad från grafit är det ett tvådimensionellt material som bara är ett atomlager tjockt. Grafen upptäcktes 2004 av fysikerna Andre Geim och Konstantin Novoselov vid University of Manchester i Storbritannien, som 2010 tilldelades Nobelpriset i fysik för sina banbrytande experiment rörande det tvådimensionella materialet. Det konstaterades snabbt att materialets tvådimensionella struktur, i kombination med egenskaperna hos kolatomen, ger upphov till en rad unika egenskaper. Trots att det är extremt tunt och lätt är grafen till exempel omkring 200 gånger starkare än stål. Det är också böjbart, genomskinligt och leder elektricitet mycket bra. Tillsammans gör dessa egenskaper att grafen skulle kunna revolutionera den tekniska utvecklingen inom en mängd olika Det tvådimensionella materialet grafen, som består av ett endast en atom tjockt lager av kolatomer, skulle tack vare sina unika egenskaper kunna revolutionera den tekniska utvecklingen inom en mängd områden. Förutom att det är extremt tunt och lätt är det också mycket starkt, samtidigt som det är böjbart, töjbart, genomskinligt och leder både elektricitet och värme mycket bra. illustration: sio GraFenGraphene FlaGship områden, däribland solceller. Till exempel är det med hjälp av grafen möjligt att förlänga livslängden och höja verkningsgraden hos storskaliga perovskitsolceller. Grafenförstärkta perovskitsolceller Forskare från EU-projektet Graphene Flagship, som sedan 2013 drivs från Chalmers med målsättningen att få ut grafenbaserad teknik på marknaden, tog 2019 fram hybrider bestående av grafen och kvantpunkter av molybdendisulfid med avsikten att stabilisera perovskitsolceller genom att skydda dem från fukt och annan yttre påverkan. Resultatet blev ett bläck som genom att molybdendisulfiden är förankrad i reducerad grafenoxid kan utnyttja båda materialens egenskaper. Då det används på perovskitsolceller kan bläckNordisk Energi 6 2021