Karlstads universitet har sedan många år en framgångsrik forskning om polymera solceller. En nyligen publicerad rapport handlar om studier av solcellens aktiva lager, det lager där solljuset omsätts till elektricitet. Syftet är att bättre förstå hur strukturen av det aktiva lagret på solcellen bildas, för att därigenom kunna öka solcellens effekt.
- Jag har studerat det aktiva lagrets övergång från lösning till fast tunn film, säger Ishita Jalan, doktorand i kemi. Den här forskningen kommer att bidra till förståelsen för torkningsprocessen. Att kunna förstå och kontrollera den processen har stor betydelse för prestandan och produktionen när det gäller polymera solceller.
Forskning för lätta och flexibla solceller
Organiska solceller är, på grund av deras tryckbarhet, lätta vikt och mekaniska flexibilitet, en lovande och miljövänlig teknologi som kan producera elektricitet även vid låg ljusintensitet. Forskning och utveckling inom detta område har resulterat i ökad effektomvandlingseffektivitet. För att ytterligare förbättra effekten är det viktigt att förstå sambandet mellan morfologin, det vill säga molekylstrukturen, hos solcellens aktiva lager och solcellens prestanda samt hur man styr morfologin på ett kontrollerbart och reproducerbart sätt.
Studier av fasseparation med graviation som verktyg
- Den här rapporten fokuserar på förståelsen av morfologibildningen på molekylär nivå med hjälp av studier inom två olika områden, säger Ishita Jalan. Det ena området kombinerar termodynamik och lösningskemi hos polymerer, genom att använda Hansens löslighetsparametrar (HSP) som utgångspunkt för val av lösningsmedel. Det andra området fokuserar på förståelsen av fasseparationen mellan de två polymererna i det aktiva lagret.
För att kunna studera fasseparationens initiala steg tillverkades tunna filmer, liknande det aktiva lagret, under mikrogravitationsförhållanden, eftersom tidigare studier visat att fasseparationen saktas ner under sådana förhållanden. Atomkraftsmikroskopi användes för att karakterisera morfologin hos de tillverkade filmerna.
Studierna leder till ökad förståelse av interaktionerna mellan lösningsmedel och lösta ämnen å ena sidan och interaktionerna mellan löst ämne 1 och löst ämne 2 i lösning samt hur dessa interaktioner påverkar den slutliga morfologin i den tunna filmen. Modellen kan dessutom användas för att simulera tänkbara lösningsmedel och lösningsmedelsblandningar, vilket är ett gott stöd för att finna mindre skadliga lösningsmedel, inte minst viktigt för uppskalning och industriell tillämpning. Det visade sig också att den valda metoden för att tillverka filmer under mikrogravitationsförhållanden resulterade i att man kan studera de tidiga stadierna av fasseparationen, liksom att kunna studera utvecklingen av filmens morfologi vid olika filmtjocklekar. Mer forskning behövs för att kunna separera de komplexa kombinerade effekterna av deponering i hypergravitation och torkning under mikrogravitation.
SOLA-konsortiet
Laboartionerna i mikro- och hypergravitation har genomförts under parabelflygning, organiserad av ESA (European Space Agency), vid Novespace anläggning i franska Bordeaux. Studien genomförs inom det av Karlstads universitet ledda solenergiprojektet SOLA-konsortiet, med deltagare från fyra svenska lärosäten och finansierat av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Rymdstyrelsens bidrag, som finansierat forskargruppens deltagande i ESAs parabelflygningar, består av 5,7 miljoner kronor till forskningen vid Karlstads universitet de senaste fem åren och ytterligare 1,5 miljoner kronor till utrustning. Rymdstyrelsen är den myndighet som har ansvar för statligt finansierad nationell och internationell rymdverksamhet i Sverige vad gäller forskning och utveckling.
Här finner du Ishita Jalans rapport: Film morphology for organic solar cells.
