Solenergi fra kunstig løv

Forskere har laget kunstige blader som samler solenergi omtrent som planter. Målet er å lage billige og bøyelige solceller.

Publisert
En prototyp av det "kunstige bladet". (Foto: Orlin Velev, North Carolina State University)
En prototyp av det "kunstige bladet". (Foto: Orlin Velev, North Carolina State University)

Inne i de kunstige bladene har forskerne blant annet plassert klorofyll. Dette er stoffet som gir planter grønnfarge.

Klorofyllet brukes i fotosyntesen for å lage sukker av solenergi.
Denne kjemiske reaksjonen settes i gang fordi sollyset slår løs elektroner i klorofyllet. Løse elektroner er en viktig del av alle kjemiske reaksjoner.

Men i det kunstige bladet bruker forskerne de løse elektronene i klorofyllet på en annen måte. De henter dem ut direkte, i form av elektrisk strøm.

Grønt, billig og bøyelig

Metoden er utviklet av en forskergruppe fra USA og Sør-Korea, ledet av Orlin Velev fra North Carolina State University.

Forskerne har lagt klorofyllet inne i et gel, et materiale der et flytende stoff holdes på plass i et nettverk av fast materiale, omtrent som saften i en appelsin.

I det kunstige bladet brukes vann-gel. Tidligere forsøk har brukt organiske løsemidler som er miljøskadelige og fordamper lett.

Vann-gelet og de organiske stoffene gjør disse solcellene bøyelige, slik som virkelige blader. Velev og kollegene hans håper at slike billige, strømproduserende blader i framtida kan dekke bygninger.

Må forbedres

Ett problem med metoden er den naturlige nedbrytningen av klorofyll som også skjer i naturlige planter.

- Vi arbeider med en plan for å løse dette problemet, og håper å legge fram resultatene i framtida, skriver Velev i en e-post til forskning.no.

Velev understreker at effektiviteten til de kunstige bladene fortsatt er lav, og at det gjenstår mye arbeid.

Prinsippskisse av lagene i det "kunstige løvet". Sollyset faller ovenfra gjennom laget av strømledende glass, så videre ned på de to lagene med klorofyll eller andre tilsvarende organiske fargestoffer i et vann-gel. (Figur: Orlin Velev, University of North Carolina, oversatt av forskning.no)
Prinsippskisse av lagene i det "kunstige løvet". Sollyset faller ovenfra gjennom laget av strømledende glass, så videre ned på de to lagene med klorofyll eller andre tilsvarende organiske fargestoffer i et vann-gel. (Figur: Orlin Velev, University of North Carolina, oversatt av forskning.no)

Lav virkningsgrad

Dette bekrefter Erik Stensrud Marstein på solenergiavdelingen ved Institutt for energiteknikk på Kjeller.

- Forskerne får ut strøm, men bare under en tusendel av hva en vanlig solcelle kan produsere, sier han til forskning.no.

De vanlige solcellene vi kjenner fra hyttetak, virker på en annen måte. Her brukes stoffet silisium, som finnes i mange bergmineraler.

Sollyset slår løs elektroner i silisiumet, og disse elektronene hentes ut som elektrisk strøm.

- Virkningsgraden til de beste solcellene av silisium kommer opp mot 25 prosent i laboratoriet. I kommersielle silisium-celler er effektiviteten 20 prosent, sier Marstein videre.

Det betyr at 20 prosent av solenergien omdannes til elektrisk energi i vanlige solceller. 99,9 prosent av alle solceller som er i salg nå, er laget på denne måten.

Spennende, nye stoffer

Marstein forteller at det også er mange nye, spennende materialer under utvikling i forskningsmiljøer verden rundt. Noen av dem prøves ut ved hans eget forskningssenter på Kjeller.

Blant de mest kjente alternativene til vanlige silisium-celler er tynnfilm-solceller. De kan bruke uorganiske stoffer, slik som kadmium-tellurid. Andre bruker organiske fargestoffer, slik som klorofyllet i de ”kunstige bladene”.

Flere slike solceller er såpass effektive at de allerede produseres i stor skala.

De fleste av disse nye materialene gir solceller som både er billige og bøyelige. Problemet med dem alle er at virkningsgraden ennå er for lav, forteller Marstein.

Minimumskrav

Det er nemlig ikke nok at solcellene er billige. De må kobles til det elektriske nettet, og jo lavere virkningsgraden er, desto mer areal av solceller må bygges.

Dermed stiger også prisen på tilkoblingen og alt utstyret rundt solcellene, den såkalte systemintegrasjonen.

- For at ”kunstige blader” og andre nye typer solceller skal kunne selges, må virkningsgraden opp. De må gjerne ha en virkningsgrad på minst 10 prosent, sier Marstein.

Annerledes bidrag

Men selv om det er langt fram før organiske stoffer kan erstatte dagens solcellepaneler, synes Marstein at forskerne bak de ”kunstige bladene” har levert et annerledes og morsomt bidrag til solcelleteknologien.

- De har sin egen måte å gjøre dette på. Dette er et bidrag til det langsiktige arbeidet med å gjøre strøm fra solceller billigere, sier Erik Stensrud Marstein til forskning.no.

Resultatene ble publisert i nettutgaven av tidsskriftet Journal of Materials Chemistry 21. september i år.

Referanse/lenker:

Hyung-Jun Koo, Suk Tai Chang, Joseph M. Slocik, Rajesh R. Naikc og Orlin D. Velev: Aqueous soft matter based photovoltaic devices, Journal of Materials Chemistry, DOI: 10.1039/c0jm01820a

Pressemelding fra North Carolina State University

Orlin Velevs hjemmeside på nettsidene til North Carolina State University