Med hjälp av ett nytt extremt värmetåligt redskap, tillverkat av volfram och lager av aluminiumoxid l, har forskare vid Ålborgs universitet kommit fram till att det framtagna instrumentet kan absorbera solens vidsträckta spektrumsstrålning och omvandla den till elektricitet.
Traditionella solceller, som omvandlar solljus effektivt inom begränsat intervall av våglängder, är avhängiga av det material som används i solceller. Detta begränsar deras effektivitet, eftersom långa våglängder av solljus inte konverteras och ljus med korta våglängder förlorar energi i stor utsträckning.
Forskare har försökt att öka effektiviteten i solceller genom att skapa så kallade "multi junction"- solceller, tillverkade av flera olika slags halvledarmaterial som absorberar ljus vid varierande våglängder. Problemet består av att kostnaderna för produktion av ”multi junction” - celler är mycket höga.
Forskarna har tidigare kunnat genomföra bredbandsabsorption av solljus med hjälp av så kallade metall-isolator-metall (eller MIM) resonatorer, som fungerar som isolatorer mellan tjockt bottenskikt och ett fint ytskikt, tillverkade krom och guld.
Metallkomponenterna som används i MIM resonatorer har relativt låga smältpunkter. Det innebär att temperaturer minskas avsevärt när materialet består av mycket tunna skikt. Fenomenet kallas för smältpunktdepression. Metallerna i vanliga MIM - resonatorer smälter vid runt 500 grader Celsius, vilket hindrar deras användbarhet i solceller.
Nu har en grupp forskare i Danmark upptäckt en alternativ metod för att kunna fånga ett brett spektrum av solljus med hjälp av ett värmetåligt instrument bestående av volfram och skikt av aluminiumoxid.
Redskapet kan produceras billigt och materialet är allmänt tillgängligt. Forskarna beskriver utförligt sitt arbete och det nya materialet i en uppsats som publicerades i början av augusti 2016 i tidskriften The journal Optical Materials Express, som utges av The Optical Society (OSA).
-Det nya materialet är resistent mot värme, inklusive termiska chocker och uppvisar stabila fysikaliska och kemiska egenskaper vid höga temperaturer, förklarade Manohar Chirumamilla av Ålborgs universitet i Danmark, rapportens första skribent.
Enligt honom bidrar de nya absorbatorerna till att upprätthålla materialets strukturella egenskaper vid mycket höga temperaturer. Testerna har visat att de nya absorbenterna fungerar utan problem vid temperatur upp till 800 grader Celsius. Dessutom absorberas ljuset vid våglängder från 300 till 1750 nanometer, det vill säga från ultravioletta längder (UV) och till infraröda våglängder.
-MIM resonatorernas upptagningsförmåga i spektrala zoner från UV nästintill infraröda våglängder innebär att de kan tillämpas även i andra solljusrelaterade program, som TPV [thermophotovoltaic] /TPV system och solvärmesystem, sade Chirumamilla.
Andra potentiella tillämpningar utgörs av så kallade ”Tower kraftverk”, där koncentrerat solljus genererar ånga för att driva en generator.
-Detta är det första steget mot utnyttjandet av energin från solen på ett effektivare sätt än vad som är möjligt med nuvarande solceller, tillade Chirumamilla.
Med hjälp av en sändare kan absorbatorerna använda den genererade värmen för att belysa en solcell, som sedan kan fungera mera effektivt när det placeras direkt i solen.
Markku Björkman
