Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

– Vi må ta ett steg av gangen. Først må vi finne et materiale som vi tror det er verdt å gå videre med, sier Kristin Bergum .
– Vi må ta ett steg av gangen. Først må vi finne et materiale som vi tror det er verdt å gå videre med, sier Kristin Bergum .

Doble solceller kan øke effektiviteten med 50 prosent

Framfor å konkurrere mot dagens silisiumsolceller, prøver Kristin Bergum å lage en sinkbasert solcelle som kan legges oppå og gjøre dem enda bedre. Det krever mange og lange dager i laben.

Kristin Bergum gjør klar prøve nummer 38, 39 og 40. Hun vet ennå ikke hvor mange hun må teste før hun er klar for neste skritt i forskningen sin.

– Vi må ta ett steg av gangen. Først må vi finne et materiale som vi tror det er verdt å gå videre med, sier forskeren.

Lykkes Bergum og medhjelperne hennes, kan resultatet bli mer effektive solceller. De prøver å lage en solcelle av sink som de kan legge oppå dagens silisiumbaserte solceller.

– Hvis vi kan legge på et ekstra lag, kan vi teoretisk sett øke effektiviteten med nesten 50 prosent, sier Bergum.

Da blir det i tilfelle mulig å produsere like mye strøm på mindre areal. Eller mer strøm på samme areal, selvfølgelig.

– Vi trenger store mengder solenergi framover hvis vi skal klare å nå klimamålene. Alt som kan bidra til å få mer strøm ut av solcellene, er positivt, sier Bergum.

En silisiumsolcelle har en teoretisk effektivitet på 28 prosent, men i praksis ligger den mellom 15 og 24 prosent, ifølge Store norske leksikon. Med et ekstra lag kan den teoretiske effekten komme opp i 42–43 prosent.

Tandemsolceller

Det blir mange timer i det flunkende nye Flextura-laboratoriet før Bergum kommer så langt. Heldigvis klarer maskinen seg selv når den har fått beskjed om hva den skal gjøre.

– Vi kan sette inn prøvene, ta med en kaffe til kontoret og følge med derfra.

Kristin Bergum setter inn dagens prøver.
Kristin Bergum setter inn dagens prøver.

Det er ikke så dumt. For selv om den nye laben er velutstyrt med det nyeste nye, er det langt fra stille der. Det durer jevnt fra maskinene som lager sinkprøvene, bare avbrutt av en og annen pipelyd og litt ekstra brumming når de setter i gang nye operasjoner eller flytter prøvene mellom de ulike kamrene.

– Når jeg har vært her en hel dag, har jeg som regel hodepine, sier Bergum.

Målet er ikke å gi hodepine til dem som produserer silisium-solceller. Hun tror ikke det er mulig å ta opp kampen med disse verken på pris eller effektivitet.

– Silisium er så etablert at det er vanskelig å konkurrere med. Teknologien er perfeksjonert gjennom flere tiår, og kostnadene er ganske lave, sier Bergum.

Men hvis det går an å legge en ekstra solcelle over silisiumcellen og dermed utnytte noe av energien som i dag bare forsvinner, da kan det bli andre boller.

For å forklare hvordan disse tandemsolcellene er tenkt å virke, må vi først ta et lite krasjkurs i solceller.

Slik virker en solcelle

En solcelle lager strøm ved at lysstrålen fra sola sparker løs elektroner i solcella. Disse elektronene må deretter bli tvunget inn i en strømkrets.

Kristin Bergum uten maske og lab-antrekk.
Kristin Bergum uten maske og lab-antrekk.

– I materialet som absorberer solstrålen, hopper elektronene ut. Der skal de fanges opp av et elektrisk felt som drar dem ut av materialet, forklarer Bergum.

Men ikke alle solstråler har like mye energi. Og ulike materialer stiller ikke samme krav til hvor mye energi som skal til for at elektronene settes fri.

Lyset fra sola kommer med forskjellige bølgelengder. Det er dette som gjør at vi ser dem som forskjellige farger, og det er derfor de ikke har like stor energi.

En solstråle som skal ha den ønskede effekten på en silisiumsolcelle, må ha en energi på minst 1,1 elektronvolt. Dette kalles båndgap og er den energien som skal til for å få et elektron ut av grunntilstanden sin.

Stråler med mindre energi enn dette båndgapet suser rett gjennom.

Stråler med mer energi enn dette gjør for så vidt jobben, men noe går tapt. Uansett hvor mye energi det er i strålen, vil den nemlig ikke klare å utnytte mer enn 1,1 elektronvolt når strømregnskapet skal gjøres opp.

Det er dette Kristin Bergum og tandemsolcellen vil utnytte.

Slik virker en tandemsolcelle

Med silisium klarer du å bruke nesten alle solstrålene, men det er så mye energi i mange av dem at solcella ikke klarer å utnytte alt på en fornuftig måte. Strømmen av elektroner blir stor, men spenningen blir lav.

Den elektriske effekten, som er det viktige i det store bildet, er avhengig av både strømmen og spenningen.

Hvis det ligger en annen solcelle oppå som krever 1,7 elektronvolt, vil den få mer spenning ut av de energirike strålene og dermed større effekt.

For at dette skal fungere, må det øverste laget være gjennomsiktig for en del av lyset.

– Det er veldig viktig at den øverste solcella er gjennomsiktig slik at det lyset den ikke absorberer, slipper gjennom. Den skal absorbere bare det blå lyset, mens det røde lyset må slippe gjennom. Det skal se ut som farget glass.

– Målet er å lage noe som kan fungere best mulig sammen med silisium, sier Bergum.

Det er ikke gitt at sinkmaterialene hun jobber med, skal bli en bra som solcelle i det hele tatt. Men tidligere forskning viser at det har egenskaper som hun tror kan fungere. Det er bare ingen som har prøvd det.

– Det er en lovende kandidat, men det er ingen som har testet med dette formålet før, sier Bergum.

Tålmodighet

Det er derfor tålmodighet som er er den fremste dyden i første fase av prosjektet. Og det er derfor Kristin Bergum vet at det blir mange dager på laben.

– Vi lager mange slike lag og ser etter dem som har de egenskapene vi er ute etter. Først ser vi på typen materiale. Så prøver vi å få det til å fungere som en solcelle.

Bergum sjonglerer med hvor mye oksygen og nitrogen hun skal ha sammen med sinken, og det er umulig å vite på forhånd hva som er den optimale fordelingen.

– Derfor må jeg hver gang endre forholdet mellom nitrogen og oksygen. Når vi endrer hvor mye nitrogen og oksygen vi sender inn, endrer vi egenskapene.

Det handler ikke bare om å finne et blandingsforhold med båndgap rundt 1,7. Bergum jakter også på et materiale som sørger for at det blir så lett som mulig å hente flest mulig elektroner over i strømkretsen.

– Når elektronene først har hoppet ut, vil du at de skal komme inn i strømkretsen. Først vandrer de kanskje litt rundt i materialet, og hvis du har et materiale der elektronet detter fort ned, vil det ikke bli tatt opp i strømkretsen.

Kristin Bergum har et lager av tomme CD-covere. Og mye aluminiumsfolie.
Kristin Bergum har et lager av tomme CD-covere. Og mye aluminiumsfolie.

Når solcellekandidatene har vært gjennom de planlagte testene inne i laben, tar Bergum en titt på dem.

– Denne er jeg ganske fornøyd med, sier hun og løfter opp én av prøvene.

– Den har jeg et håp om at vi kan jobbe videre med. Det er omtrent sånn de ser ut, de vi er interessert i.

Når hun holder den opp, er det lett å se at den er gjennomsiktig – ett av de veldig mange kravene de har å leve opp til. Deretter pakker hun alle de små brikkene inn i aluminiumsfolie og legger dem i tomme CD-covere.

– Det er den beste måten å lagre prøvene på, sier Kristin Bergum.

Hvor stor CD-samlingen blir, vet hun ikke ennå.

– Prosjektet går i tre og et halvt år. Det første halve året prøver vi oss fram, og du trenger gjerne flere enn du tror.

En tålmodighetsprøve blir det. Selv om den er litt mindre krevende med flunkende nytt utstyr.

Powered by Labrador CMS