De mest brukte solcellene i dag klarer i beste fall ? utnytte 20 prosent av sollyset. Fremtid-ens solceller kan bli dobbelt s? effektive.
De eneste solcellene som allerede utnytter opp-til 40 prosent av sollyset, er de meget kostbare solcellene som brukes p? robotbilen p? Mars. De er laget av r?dyre materialer som gallium-indiumfosfid og galliumarsenid. Materialene har to store svakheter.
Det er sannsynligvis ikke nok indium i verden til ? dekke den fremtidige ettersp?rselen av solceller. Noen kjemikere mener at alt indiumet p? Jorda er brukt opp allerede om ti ?r. Noen av stoffene i materialene er dessuten alt annet enn milj?vennlige.
Romindustrien bryr seg lite om at solcellene er dyre. Ytelsen og vekten teller langt mer. De dyre solcellene bruker bare halvparten s? mye areal for ? produsere den samme mengden str?m som vanlige silisiumsolceller p? Jorda.
N? unders?ker forskere ved Universitetet i Oslo om de klarer ? lage like effektive solceller ved ? erstatte det dyre og giftige materialet med en super-
billig erstatning.
Lurere med sink i solceller
Dagens vanligste solceller best?r av silisium. Med silisium er det teoretisk sett ikke mulig ? fange opp mer enn en tredjedel av sollyset. I praksis er prosentandelen langt lavere. Noen klarer bare ti prosent. De beste fanger opp litt over en femdel av sollyset. Forskere ser derfor etter andre materialer til ? lage solceller.
Blant annet pr?ver de sinkoksid. Sinkoksid er billig og best?r av sink og oksygen. B?de sink og oksygen er sv?rt vanlige grunnstoffer p? Jorda. Problemet er at det er mye vanskeligere ? jobbe med sinkoksid enn silisium.
– Den store utfordringen med sinkoksid, b?de vitenskapelig og teknologisk, er ? lage krystaller som fanger opp lyset og samtidig forbedre de elektriske egenskapene. Hele poenget er ? finne en ny metode som kan produsere solcellene i storskala i industrien – til markedspris og s? billig at de vil bli ettertraktet, b?de av solkraftverk og hytteeiere, forteller professor i nanoteknologi Eduard Monakhov i gruppe for halvlederfysikk p? Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.
Tiendedel s? tykke
De nye solcellene blir bare en tiendedel s? tykke som dagens silisiumsolceller. For ? lage solcellene s? tynne, nytter det ikke ? skj?re dem ut av silisiumblokker. Solcellene, som skal best? av tre lag, m? i stedet bygges opp lag for lag. Hvert lag er spesialtilpasset et bestemt farge-spekter i sollyset; r?dt, gr?nt og bl?tt.
– Vi lager f?rst en bakplate med en helt bestemt krystallstruktur. S? legges de andre lagene opp?, med n?yaktig den samme krystallstrukturen. Denne teknologien kalles for epitaksi. Men problemene st?r i k?. Krystallene m? kunne fange opp lysfotonene. Og forskerne m? f? kontroll p? de elektriske egenskapene. Det er lettere sagt enn gjort.
Atom-manipulering
For ? endre p? de elektriske egenskapene i materialet, m? forskerne manipulere halvlederegenskapene. Da m? de gj?re noe med b?ndgapet. B?ndgapet sier noe om hvor mye energi som m? til for ? dytte elektroner ut i ledningsomr?det. St?rrelsen p? b?ndgapet bestemmer hvilket fargespekter i lyset som fanges opp. Materialer med minst b?ndgap passer best for r?dt lys. For ? fange opp gr?nt og bl?tt lys trengs st?rre b?ndgap. Ved ? bytte ut atomer inne i materialet, kan fysikerne designe materialer med et helt bestemt b?ndgap, som passer med b?lgelengden til den enkelte fargen.
Forskerne ?nsker derfor ? lage tre ulike versjoner av sinkoksid, med hvert sitt b?ndgap, tilpasset r?dt, gr?nt og bl?tt lys.
Forskerne kan styre st?rrelsen p? b?ndgap-et ved ? tilsette visse grunnstoffer i sinkoksidet.
– For ? minske b?ndgapet, kan vi tilsette kadmiumatomer. ?nsker vi et st?rre b?ndgap, kan vi tilsette magnesiumatomer.
Problemet er at naturen ikke liker for mye tilsetninger til sinkoksid.
– Jo mer kadmium i sinkoksid, desto d?rligere blir krystallstrukturen.
Doper solcellene
Og som om ikke dette er nok: For ? kunne lede str?m, m? halvlederen dopes med sm? mengder av andre atomer som s?rger for at det blir et overskudd eller underskudd av elektroner.
For ? f? et overskudd av elektroner, m? de tilf?rte atomene i krystallet ha et elektron for mye.? For ? f? et underskudd av elektroner, m? de nye atomene ha et elektron for lite. Denne elektronmangelen kalles for hull.
Det er ikke bare sv?rt vanskelig ? lage slike hull i sinkoksid. Dette er faktisk en av de aller st?rste utfordringene halvlederfysikere, over hele verden, har i dag.
– Hullene kan lages i sinkoksid ved ? erstatte sinkatomer med litium eller natrium. Problemet er hvordan vi kan bytte ut atomene uten ? ?delegge krystallstrukturen. Det har vi ikke f?tt til. Laboratorier over hele verden kjemper om ? l?se dette. F?rste mann kan f? Nobelprisen. Implikasjonene er store. Den dagen dette er l?st, kan ogs? de nye, energisparende lysp?rene bli mye billigere, forteller Eduard Monakhov, som dessuten er dypt involvert i solcelleforskningen ved 澳门葡京手机版app下载ssenter for milj?vennlig energi (FME).
?