Brorparten av dagens solceller er laget av silisium. Det er bra. Det er mer enn nok silisium på Jorda. Samtidig har silisium en stor svakhet. Selv om silisiumcellen er helt perfekt, klarer den bare å fange opp rundt 30 prosent av sollyset. Den resterende energien i sollyset går til spille. Det er uheldig. Dessuten omdannes den overflødige energien til varme. Da blir solcellen mindre effektiv. Den mest energirike – og samtidig den mest skadelige delen av sollyset – er ultrafiolett stråling, også kalt UV-lys.
Julie Kvalvik har forsket på et materiale som gjør det mulig for solcellene å utnytte energien fra UV-lyset.
– Dette kan løses på to måter. Du kan enten gjøre noe med solcellene eller med sollyset. Vi valgte å gjøre noe med sollyset, forteller Kvalvik, som nylig har tatt doktorgraden i moderne solcelleteknologi på Kjemisk institutt ved UiO.
Løsningen hennes er å legge et ultratynt lag oppå dagens solceller. Dette laget skal konvertere UV-lyset til rødt lys. Det er smart. Da kan dagens solceller også brukes til å hente energien fra UV-lyset.
Klipper lyset i to
Alt lys består av bølgelengder. UV-lys har svært kort bølgelengde. Blått noe lengre. Og rødt har lang bølgelengde.
Trikset hennes er å lage en «svamp som suger opp lys med en bestemt bølgelengde».
Dette er ikke enkelt. Utfordringene hennes har stått i kø. Hun har lett etter et materiale som både har evnen til å absorbere UV-lyset og som samtidig kan omforme det til en bølgelengde som de vanlige solcellene kan få glede av.
Løsningen hennes har vært å klippe UV-fotonene, altså lyspartiklene fra UV-lyset, i to.
– Dette er skitvanskelig å løse i praksis. Ingen har frem til i dag klart å lage en god lyssaks.
Eksotisk krydring
Systemet hennes virker når hun krydrer nanobelegget med visse grunnstoffer.
Hun har bygd opp alt fra grunnen av og har funnet en optimal blanding av kalsium (atomnummer 20) og molybden (atomnummer 42) med litt praseodym (atomnummer 59) og ytterbium (atomnummer 70) innimellom. For å finne den optimale sammenhengen har hun brukt statistiske beregninger.
Hun må ha full kontroll på hvor alle atomene plasseres.
– De ulike grunnstoffene må plasseres svært nær hverandre og på en helt bestemt måte.
For å klare dette har hun brukt en svært moderne teknologi som kalles atomlagsdeponering.
– Her legger vi på atomlag for atomlag, tusen lag til sammen.
Tykkelsen blir på 50 til 70 nanometer. Det er mindre enn en titusendels millimeter.
Utfordringene var mange
– Molybdenkjemien var et mareritt.
Noen molybdenforbindelser fordampet allerede ved lave temperaturer, men hun fant en forbindelse som var mulig å bruke.
– Mange kjemiske prosesser med molybden slutter dessverre å virke på 180 grader, samtidig som vi ofte trenger en temperatur på 350 grader for å kunne legge på nye atomlag.
Hun fant løsningen etter å ha testet ut hvordan stoffene oppfører seg ved bestemte temperaturer.
Seks til åtte prosent
Selv om hun får dobbelt så mange fotoner ved å klippe UV-fotonene i to, utgjør dette likevel bare en liten del av lysspekteret.
– Summa summarum betyr dette at solcellene kan bli seks til åtte prosent mer effektive. Kvalvik presiserer at de ennå ikke har klart å lage et materiale som løser dette på en god nok måte, men den dagen de klarer dette, skal det være lett for industrien å produsere disse solcellene på samlebånd.
Artikkelen ble først publisert i Apollon
