Forskning vid Luleå tekniska universitet visar hur en typ av tunnfilmssolceller i antimonsulfid kan tillverkas till lägre kostnad och samtidigt bidra till att byggnader producerar sin egen el – utan att stänga ute dagsljuset.
Pankaj Kumar har i sin doktorsavhandling utvecklat nya material för solceller, som i framtiden skulle kunna ingå byggnaders fönster.
Bild: Staffan Westerlund/Luleå tekniska universitet
Traditionella solceller av kisel dominerar marknaden, men deras tillverkningsprocess kräver stora resurser och är svåra att använda på ytor som fönster och fasader. Forskare vid Luleå tekniska universitet har istället riktat blickarna mot tunna, halvgenomskinliga solceller som skulle kunna integreras i byggnader där de både släpper igenom ljus och producerar 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.
Pankaj Kumar har i sin doktorsavhandling fokuserat på ett material som kallas antimonsulfid. Det är en oorganisk kemisk förening av antimon och svavel som effektivt fångar upp solljus och omvandlar det till el. Dessutom är materialet giftfritt, billigt och finns naturligt i jordskorpan. En utmaning med många befintliga solcellstekniker är att de bygger på komponenter som är antingen giftiga, dyra eller instabila. För att lösa detta har forskarna vid Luleå tekniska universitet arbetat med att ersätta både de ljusabsorberande och ledande skikten med mer miljövänliga alternativ.
Genom att experimentera med olika tillverkningsmetoder och lagerstrukturer har de utvecklat solceller med förbättrade egenskaper. Bland annat säger sig forskarna lyckats ersätta farliga material med grönare alternativ, förbättra solcellernas hållbarhet och nå rekordresultat för extremt tunna och halvgenomskinliga solceller. De nya materialen uppnådde till exempel en genomsnittlig ljusgenomsläpplighet (AVT) på över 20 procent samtidigt som solcellen producerade el. Det innebär att solcellerna är tillräckligt genomskinliga för att fungera som fönsterglas, ett viktigt steg mot praktisk användning i byggnader.
I avhandlingen presenteras flera olika tekniker för att skapa tunna och jämna filmer av antimonsulfid. Med hjälp av så kallad sputtring, en teknik där materialet frigörs från en källa med hjälp av joniserad gas och avsätts som en tunn film, lyckades Pankaj Kumar ta fram solceller med god verkningsgrad även vid mycket tunna skikt.
Tekniken är ännu inte redo för marknaden, men forskningen fortsätter nu med fokus på att förbättra 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.
Länk till avhandlingen:
Development of Thin Film Semitransparent Sb2S3 Solar Cells
