Solceller får energikick av koffein

Med koffein får perovskitsolceller både högre verkningsgrad och längre livslängd. Det har en kinesiskamerikansk forskargrupp kommit fram till. Perovskitsolceller har fått sitt namn efter den särskilda kristallstrukturen i det ljusabsorberande lagret. De utgör en ny typ av solceller som än så länge befinner sig på experimentstadiet. Men typen är lovande för att den är enkel och billig att tillverka. Utvecklingen av perovskitsolceller har gått extremt snabbt på senare år. Verkningsgraden har ökat med cirka 20 procentenheter på fem år.

Nackdelen är att de har en kort livslängd. Materialet är känsligt för både vatten och solljus. Men nu har en kinesiskamerikansk forskargrupp kommit på att koffein kan hjälpa. Deras resultat tyder på att koffein både kan höja perovskitsolcellers verkningsgrad och få dem att klara solljus utan att brytas ned.

Fynden har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Joule. Men idén började som ett skämt – över en kopp kaffe.

– En dag när vi diskuterade perovskitsolceller sa vår kollega ”Om vi behöver kaffe för att få upp vår energinivå, hur är det med perovskitsolceller? Skulle de behöva kaffe för att prestera bättre?”, berättar Jingjing Xue, doktorand vid UCLA i USA, i ett pressmeddelande.

Kommentaren fick forskargruppen att dra sig till minnes att koffeinet i kaffe har en molekylstruktur som skulle kunna reagera med material som används för att bilda perovskitsolceller. Flera tidigare försök har gjorts för att förlänga perovskitsolcellers livslängd. Men ingen hade tidigare provat med koffein. Forskarna testade att inkludera koffein i perovskitlagret i 40 solceller och använde infraröd spektroskopi för att se om koffeinet hade förenat sig med materialet. I senare undersökningar upptäckte forskarna att koffeinet och blyjonerna i perovskitlagret bildade ett lock av molekyler. Tack vare locket behövde solcellen mindre energi för att börja producera el. På så sätt ökades solcellens verkningsgrad från 17 procent till över 20 procent.

Molekyllocket bildades även när materialet blev uppvärmt, vilket är en fördel eftersom det då kan hjälpa till att förhindra att värme bryter ned materialet. Med koffein tror han att det kan bli enklare att massproducera perovskitsolceller. – Koffein kan hjälpa perovskitsolceller att nå högre kristalliseringsgrad, låg andel defekter och god stabilitet. Det betyder att koffein kan ha en roll att spela i uppskalningen av tillverkningen, säger han. Nu planerar forskargruppen ytterligare undersökningar av den kemiska strukturen av det koffeinförstärkta perovskitmaterialet. De ska också försöka identifiera det bästa skyddande materialet för perovskit. Väldigt intressant enligt Paneltaket.

Forskare slår nytt rekord för printade solceller

Rekordhög verkningsgrad och ett viktigt steg mot att skapa billigare solenergi. Nu har forskare vid Swansea University lyckats skriva ut ”rulle-till-rulle”-solceller.

Utvecklingen av olika typer av solceller går snabbt och en variant som har fått allt mer uppmärksamhet är perovskit-solceller. Vid brittiska Swansea University har forskare nu tagit fram en metod där de utöver perovskit även använder sig av tillverkningsmetoden rulle-till-rulle.

Och nu har de gjort ett genombrott, där de har fått fram solceller med en stabil verkningsgrad på 12,2 procent. En siffra de menar är den högsta någonsin för den här typen av utskrivna perovskit-solceller. I takt med att perovskit-solcellerna närmar sig kiselbaserade kristallina när det gäller verkningsgrad blir de även mer intressanta. Traditionella solceller produceras i dag med krav på hög temperatur och vakuum, vilket bidrar till att dra upp tillverkningskostnaden. Men detta behöver inte perovskiter, vilket innebär att det går att använda olika plaster för att få till flexibla solceller, men också att de blir billigare att tillverka.

Fördelarna med att kunna använda andra tillverkningsprocesser är det som har öppnat upp för Swansea-forskarna. De har använt sig av så kallad slot-die coating och skrivit ut en rulle solceller med den höga verkningsgraden.

– Målet med perovskit-solceller är att öka verkningsgraden samt sänka kostnaden för traditionell solenergi. De har potentialen att vara mycket effektiva och relativt billiga att producera, så vårt mål är att förbättra tillverkningsmetoden för att kunna skala upp. Den här studien är ett viktigt steg mot kommersialisering, säger forskaren Rahul Patidar i en kommentar till EE News.

Snabbare tillverkning
Fördelarna med tillverkningsprocessen är att det går enormt mycket snabbare än traditionell tillverkning och att den jämfört med exempelvis andra utskriftsmetoder är materialeffektivt. En klar solcell kräver fem lagers beläggning. I det här fallet, där man lyckades få till den höga verkningsgraden, användes slot-die-teknik för fyra lager. För det översta lagret var man dock tvungen att använda förångningsteknik. Det här hoppas man med tiden kunna lösa för att då få till äkta rulle-till-rulle produktion.

 

Referenser

https://www.nyteknik.se/innovation/solceller-far-energikick-av-koffein-6956221

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/se/d0se00460j/unauth#!divAbstract

https://www.nyteknik.se/energi/forskare-slar-nytt-rekord-for-printade-solceller-6998416