Forskere bryter solcelle-rekord med revolusjonerende metode

Solenergi nærmer seg teoretisk grense – men ny forskning kan endre spillereglene

Solenergi har lenge vært ansett som en av de mest lovende fornybare energikildene, men det har vært en betydelig utfordring: bare en tredjedel av sollysets energi kan omdannes til elektrisitet. De fleste kommersielle solceller klarer dessuten bare å utnytte en brøkdel av dette potensialet.

Denne begrensningen, kjent som Shockley-Queisser-grensen, har stått urokkelig siden den ble teoretisert av fysikerne William Shockley og Hans Queisser i 1961. Årsaken ligger i termodynamikkens lover: sollys består av et bredt spektrum av energier, men solceller kan bare omdanne en smal del av dette til elektrisitet. Resten går tapt som varme eller passerer rett gjennom materialet.

Nytt gjennombrudd kan sprenge teoretisk tak

En internasjonal forskergruppe, med medlemmer fra Japan og Tyskland, har imidlertid funnet en metode som kan revolusjonere solcelleteknologien. I en nylig publisert studie i Journal of the American Chemical Society beskriver de hvordan de har klart å utnytte deler av lysspekteret som tidligere har blitt borte som overskuddsvarme.

Forskerne oppnådde en kvanteeffektivitet på 130 prosent ved å utsette en spesiell organisk forbindelse for høyenergetisk blått lys – en del av spekteret som normalt ikke kan konverteres til elektrisitet. Dette betyr at for hver 100 lyspartikler (fotoner) som treffer materialet, kunne de høste 130 energibærere (eksitoner).

Nøkkelen til gjennombruddet var kombinasjonen av det organiske molekylet tetracen og det metalliske grunnstoffet molybden. Tidligere forsøk med tetracen hadde vist seg ustabile over tid, men tilsetningen av molybden løste dette problemet.

«Vi har to hovedstrategier for å bryte gjennom Shockley-Queisser-grensen,» sier Yoichi Sasaki, kjemiker ved Kyushu University og medforfatter av studien. «Den ene er å konvertere lavenergetiske infrarøde fotoner til høyenergetiske synlige fotoner. Den andre, som vi utforsker her, er å bruke singlet fission til å generere to eksitoner fra en enkelt foton.»

Laboratorieframgang – men kommersiell bruk ligger langt fremme

Selv om resultatene er imponerende, understreker forskerne at dette foreløpig er kontrollerte laboratorietester. De mest effektive solcellene på markedet i dag har en effektivitet på rundt 25 prosent, og dette nivået forventes ikke å endre seg vesentlig på kort sikt.

Likevel representerer funnet det største gjennombruddet på over 60 år innen solcelleforskning. Hvis metoden kan skaleres opp til kommersiell bruk, kan den potensielt doble effektiviteten til dagens solceller – noe som ville revolusjonere solenergiindustrien.

Forskningen er et steg nærmere en fremtid der solenergi kan bli en enda mer konkurransedyktig og pålitelig energikilde, og dermed bidra til en raskere overgang til fornybar energi.