Sollyset inneholder langt mer energi enn hele verdens samlete energiforbruk. Problemet er at dagens solceller bare utnytter mellom en femtedel og en sjettedel av sollyset.
Nå har stipendiat Per-Anders Hansen på Kjemisk institutt ved Universitetet i Oslo oppdaget hvordan effekten kan dobles med svært enkle grep. Løsningen hans er å smøre en blanding av solkremstoff og tv-skjermstoff oppå dagens solcellepane, skriver magasinet Apollon.
Sollyset består av lyspartikler, fotoner. Hvert foton må ha en viss energimengde for kunne slå løs ett elektron i dagens solcellepanel. De løse elektronene blir til strøm. Problemet er at svært mange fotoner har for lite energi til å kunne slå løs et eneste elektron. Noen fotoner har faktisk for mye energi.
Røde fotoner er best egnet. De har akkurat passe mengde energi. Blå fotoner har dobbelt så mye energi. Energien til de grønne fotonene ligger et sted midt imellom. Begrensningene er at fargefotonene, uansett energimengde, bare klarer å slå løs ett elektron hver. All den overskytende energien går til spille. Det er synd.
Halvparten av sollyset er usynlig. Brorparten av de usynlige fotonene gjør overhodet ingen nytte i dagens solcellepanel. Den energirike delen av det usynlige lyset kalles UV-stråler. UV-lys har opptil tre ganger mer energi enn rødt lys. Uansett energimengde, klarer UV-fotoner bare å slå løs ett elektron om gangen. Den ekstra energien går til spille. Men dette er en sannhet med store modifikasjoner. Hvis energien er for høy, klarer ikke UV-fotonene å trenge dypt nok ned i solcellen. Selv om de slår løs elektroner, er det ikke mulig å samle dem inn.
Den energifattige delen av det usynlige lyset kalles infrarød stråling. Mesteparten av de infrarøde fotonene har så liten energi at de ikke klarer å slå løs et eneste elektron.
– Ingen fotoner klarer å slå løs mer enn ett eneste elektron. All ekstra energi går tapt. Og mange fotoner gjør ingen nytte for seg. Det betyr at en stor del av solenergien går til spille i dagens solceller. Ved å omdanne alle lyspartiklene til rødt, kan solcellene bli tre til fire ganger mer effektive, påpeker Per-Anders Hansen, ovenfor Apollon.
Forklaringen er at fotoner med ulike energimengder trenger ned i ulike områder i silisiumplaten i solcellepanelet. Jo lavere energien er, desto lenger ned kommer fotonet. Dette har med bølgelengder å gjøre. Noen fotoner går tvers igjennom platen. Andre fotoner reflekteres momentant uten å gjøre noen som helst nytte for seg.
Poenget er: Hvis alle fotonene ble konvertert til den samme bølgelengden, kunne de ha slått løs elektroner i samme dybde i silisiumplaten.
– Da kan vi utnytte alle fotonene fra sollyset samtidig som solcelleplatene blir tynnere – og billigere. Det er penger spart for industrien.
Per-Anders Hansen har brukt doktorgradsarbeidet sitt til å finne en metode som overraskende enkelt konverterer UVfotoner til røde fotoner. Da dobles effekten.
Han har blandet virkestoffet i solkrem, titanoksid, med europium, det velkjente grunnstoffet som brukes til å lage rødfargen i tv-skjermer, oppå dagens solcellepanel, atomlag for atomlag.
UV-stråler slår løs elektroner i titanoksid. Disse elektronene har mye energi. Europium-atomene bruker denne energien til å sende ut røde fotoner.
– Da blir UV-fotonene forvandlet til røde fotoner.
Hansen tror ikke teknologien blir dyr.
– Titanoksid er billig og lett å fremstille. Og selv om europium ikke er billig, trenger man ikke mye. Folien skal være bare 30 nanometer tykk.
Til Apollon sier Hansen at han undersøker også hvordan de andre fargene i sollyset kan omformes til rødt lys. Ettersom blått lys har dobbelt så mye energi som rødt, ønsker han å dele opp et blått foton til to røde fotoner. Da kan man dra ut dobbelt så mye energi fra det blå lyset.
Les apollon.uio.no
GI DIN KOMMENTAR HER:
