Självläkande solceller som återhämtar sig på natten

Ellen Moons, professor i fysik

Perovskitsolceller degraderar under solbestrålningen och därmed sjunker prestandan med tiden. Nu startas ett nytt forskningsprojekt som handlar om hur dessa solceller kan återhämta sig och självläka under natten.

- Elektroniska komponenter, som solceller och lysdioder, är gjorda av halvledarmaterial, som är grunden för all elektronik, datorer, mobiltelefoner och skärmar, säger Ellen Moons, professor i fysik. Perovskiter är en ny grupp av halvledare som har fått stor uppmärksamhet som solcellsmaterial för att de når höga verkningsgrader trots att de kan tillverkas på ett enkelt och energisnålt sätt. Perovskitsolceller har dock nackdelen att deras prestanda blir allt sämre över tid. Det vore enormt värdefullt, inte minst från ett miljöperspektiv, om solcellen kunde reparera sig själv. En sådan förmåga kan låta som science fiction, men faktum är att självläkning har observerats i vissa material. 

Forskning i samverkan med israeliska lärosäten

Forskningsprojektet genomförs i samverkan mellan Karlstads universitet, Ben-Gurion University of the Negev och Weizmann Institute of Science, Israel. En ny klass av halvledarmaterial som har visat självläkande förmåga är metallhalidperovskiter. De används till högeffektiva solceller och lysdioder. Exempelvis har en av de israeliska forskargrupperna som deltar i projektet visat att solceller av metallhalidperovskiter, som degraderar i solljus, kan återfå sin effektivitet på natten, när det är mörkt. Den andra israeliska forskargruppen har visat att enkristaller av blyhalidperovskiter som har utsatts för starkt laserljus och på grund av detta har tappat förmågan att lysa, återfår sin fotoluminescens efter en vilotid i mörkret. Även om de två observationerna, den ena i solcellens multikristallina tunna skikt och den andra i enkristaller, verkar kunna vara besläktade, så saknas grundläggande förståelse för relationen mellan dessa fenomen.

- För att förstå hur självläkning i dessa material fungerar, kommer vi i detta projekt att studera olika sorters prover, med och utan kontaktlager. Vi kommer att undersöka kontaktlagrens roll i att hindra joner och nedbrytningsprodukterna från att lämna perovskiten. Dessa nedbrytningsprodukter kan på så vis återanvändas för att vända om processen och läka metallhalidperovskit-materialet.

Genom samarbetet med den svenska forskargruppen kommer forskarlaget att använda sig av icke-destruktiva analysmetoder för ta reda på vilka bindningar i materialet som ändrar sig vid nedbrytning och läkning, samt vad dessa ändringar har för effekt på materialets elektroniska egenskaper.

Forskning för hållbar utveckling av förnybar energi

- På lång sikt kommer projektet att visa vägen mot nya hållbara halvledarmaterial som kan tillverkas på ett energisnålt sätt och kan återställa sina egenskaper efter degradering, säger Ellen Moons. Det vi lär oss om självläkande halvledarelektronik förväntas ha ett stort värde för framtida förnybara energikällor, samt för att utveckla hållbar elektronik.

Projektet finansieras genom SSF, Stiftelsen för strategisk forskning. Totalt åtta forskningsprojekt delar på nära 50 miljoner kronor i utlysningen "Lise Meitner Grants for Israeli-Swedish Research Collaboration”, ett samarbete mellan Stiftelsen för strategisk forskning, SSF, och Israels ministerium för innovation, vetenskap och teknik, MOST.

För mer information kontakta Ellen Moons, professor i fysik, på tel 073 301 6995 eller ellen.moons@kau.se