Färg och glas blir effektiv solcell

– Vår vision är att kunna masstillverka solcellerna på stora rullar, ungefär som man tillverkar papper, berättar Anders Hagfeldt som är professor i fysikalisk kemi på KTH.

Han visar upp en prototyp av grätzelsolcellen, en tunn liten plastbit med ett färgpigment inklämt mellan två lager. Den ser inte mycket ut för världen, men förhoppningen på tekniken är stor.

Bygger på nanoteknologi

Grätzelsolcellen härmar fotosyntesen i gröna växter. Tekniken bygger på nanoteknologi vilket innebär att man arbetar med mycket små partiklar som är ungefär en miljondels millimeter stora. Nanopartiklar från titanoxid (används i målarfärg och tandkräm) doppas i ett färgämne som fångar solenergin och omvandlar den till elektricitet. Kemin är komplicerad, men att sätta ihop själva solcellen är en enkel process.

– Det som öppnar för den här tekniken är att den inte alls är särskilt dyr att tillverka och att man inte heller behöver ha tillgång till någon särskild utrustning, solcellen kan i princip sättas ihop med hjälp av en limpistol, säger Anders Hagfeldt.

Hur solcellen fungerar vet forskarna ganska bra idag. Det man jobbar med nu är att förbättra verkningsgraden och stabiliteten. Tillverkningen måste också bli billigare för att produkten verkligen ska kunna bli kommersiell och tävla på lika villkor som andra energikällor.

– Skulle vi få upp verkningsgraden till 7 procent skulle produkten stå sig kommersiellt, men målet på sikt är att nå upp till 15 procent, säger Anders Hagfeldt.

Av plast

Att tillverka solceller av glas har gett bättre verkningsgrad och stabilitet än plast, men målet är ändå att kunna tillverka solceller av plast eftersom materialet är billigt. Dessutom går plast att forma på många olika sätt och solcellen kan tillverkas i olika färger vilket öppnar för nya användningsområden.

– Man köper inte en solcell, utan en utomhusbelysning eller en miniräknare. Det är viktigt att solcellerna som ska driva produkten kan införlivas i produktdesignen, säger Anders Hagfeldt.

Inom några år tror han att vi kommer kunna se de första kommersiella produkterna, kanske i form av miniräknare, fartkameror eller parkeringsmätare som är svåra att ansluta till ett elnät. I solintensiva länder skulle tekniken kunna användas för att driva vattenpumpar eller luftkonditionering.

– Men det kommer att dröja innan vi kan använda grätzelsolceller för uppvärmning av byggnader. Vi måste hitta tåligare material först, säger Anders Hagfeldt.

Fakta// Så här fungerar grätzelsolcellen:

Grätzelsolcellen fungerar som ett batteri med en minuspol och en pluspol.

Två genomskinliga glas eller plastbitar fungerar som kontakt. Glasbiten som tjänar som minuskontakt målas med ett tunt lager ledande skikt av titandioxid. Eftersom titandioxid är genomskinligt och inte tar upp något ljus beläggs lagret sedan med ett färgämne. Glasbiten som ska bli pluspol beläggs med en porös kolfilm eller med ett skikt av platina. Sedan slås glasbitarna ihop. Mellan dem finns nu en elektrolyt, det vill säga en vätska som leder ström och förmedlar laddningar mellan minus och pluspol. Solcellen är klar!

Fakta// På det tredje…

Att tillverka bra solceller är något som länge varit högintressant.

Först kom de kiselbaserade solcellerna som brukar kallas för den första generationens solceller. Industrin omsätter idag miljardbelopp. Solcellerna håller länge och har kommersiellt en verkningsgrad på 13 procent som anses hög i sammanhanget. Problemet är att solcellerna är dyra att producera och på grund av tillverkningskostnaderna har de svårt att konkurrera med andra energikällor.

Tunnfilmssolceller som CIGS som tillverkas vid Ångströmslaboratoriet i Uppsala, brukar kallas för den andra generationens solceller. De är tekniskt lika bra som kiselsolcellerna men förväntas bli upp till fem gånger billigare. De kan tillverkas av flera material och tekniken ska inom snar framtid köras i en pilotlina.

Grätzelsolceller tillhör den tredje generationens nanostrukturerade solceller och bygger på kemisk teknik. Upptäckten gjordes av schweizaren Michael Grätzel i början av 90-talet och var ett genombrott eftersom funktionen går emot alla principer kring hur man trodde att en solcell fungerade. Idag har man en bra bild av grundtekniken, men inte vilka material som ska användas för att till lägsta kostnader få bäst verkningsgrad och effekt. Många vill vara först med att tillverka solcellen industriellt och KTHs Centrum för molekylär elektronik är en av de forskningsinstitutioner som ligger långt framme.