Miljövänliga solceller med hjälp av järn

Forskare från Lunds universitet har hittat ett nytt sätt att fånga in energi från solljuset – med hjälp av molekyler som innehåller järn. Förhoppningen är att kunna utveckla effektivare och miljövänligare solceller.

Solenergi är en outtömlig resurs som vi bara utnyttjar i begränsad omfattning idag. Forskare runt om i världen försöker därför hitta nya effektivare sätt att utnyttja energin i solljuset.

Den teknik forskarna i Lund arbetar med är solceller bestående av en tunn nanofilm av titandioxid och ett färgämne som fångar in solenergin. De bästa solcellerna av denna typ använder idag färgämnen som innehåller metallen rutenium, ett mycket sällsynt och dyrt grundämne.

– Många forskare har försökt ersätta rutenium med järn men utan att lyckas. Alla tidigare försök har resulterat i molekyler som omvandlar ljusenergin till värme i stället för elektroner, något som krävs för att solcellerna ska generera elström, säger Villy Sundström, professor i kemisk fysik vid Lunds universitet.

Det forskare från Kemicentrum i Lund, i samarbete med Uppsala universitet, nu har lyckats med är att framställa ett färgämne baserat på järn som klarar av att omvandla ljus till elektroner med nästan 100-procentig verkningsgrad.

─ Fördelen med att använda järn är att det är ett vanligt förekommande grundämne i naturen. Det kan ge billiga och miljövänliga solenergitillämpningar i framtiden, säger Kenneth Wärnmark, professor i organisk kemi vid Lunds universitet.

Genom att kombinera experimenten med avancerade datorberäkningar kan forskarna förstå i detalj vad som krävs för att järnmolekylerna ska fungera. Denna kunskap används nu för utveckla färgämnen av järn som forskarna hoppas ska bli ännu bättre. Ytterligare forskning behövs för att det nya solcellsfärgämnet ska kunna användas i praktiken, men förhoppningarna är stora.

– Resultatet från studien tyder på att solceller baserade på dessa material kan bli minst lika effektiva som dagens baserade på rutenium eller andra sällsynta metaller, säger Villy Sundström.

Upptäckten kan också vara en väg framåt för forskningen kring solbränsle där växternas fotosyntes efterliknas genom att vatten och koldioxid omvandlas till energirika molekyler, solbränsle, med hjälp av solljus.

– Vi ser framför oss att de nya järnmolekylerna också skulle kunna driva de kemiska reaktionerna som bildar solbränslet, säger Kenneth Wärnmark.

Forskarna har arbetat med att utveckla färgämnessolceller baserade på järn i tre år och är överraskade över hur snabbt de hittade ett färgämne som kan fånga in solljuset så här effektivt.

– Oftast tar det längre tid att nå framgång i forskningen än vad man hoppas och tror, säger Villy Sundström. För en gångs skull var det motsatsen!

Text: Dragana Trivic