En mer obehandlad variant av ett vanligt naturmaterial, lignin, kan användas för att skapa pålitliga och miljövänliga organiska solceller. Det visar forskning vid Linköpings universitet.
Traditionella solceller av kisel är effektiva, men tillverkningen kräver mycket energi och kan dessutom leda till utsläpp av miljöfarliga kemikalier.
Organiska solceller har därför blivit ett hett forskningsområde. Men ett problem är att de är gjorda av plast, eller polymerer, som kommer från olja. Organiska solceller är alltså inte heller helt miljövänliga.
Kraftlignin från trämassa
Nu har forskare vid Linköpings universitet och KTH utvecklat en organisk solcell, där en del av elektrontransportlagret kopplat till katoden i solcellen är gjort av kraftlignin.
I nuläget är bara en liten del av solcellen är tillverkad av lignin, men forskarnas långsiktiga mål att bygga en solcell nästan helt gjord av trämaterial.
– Vi vill bygga effektiva, pålitliga, billiga och miljövänliga solceller. Med den här studien kan vi visa att det är möjligt och ett första steg mot att byta ut material som idag är baserade på olja mot träbaserade alternativ, säger Mats Fahlman som forskar om organisk elektronik vid Linköpings universitet.
Ger en stabilare solcell
I tidigare försök har träbaserade material använts för att öka stabiliteten i både organiska solceller och solceller av materialet perovskit. Då användes lignin som behandlats kraftigt i olika kemikalier. Men forskarna har nu använt en mer ”rå” version av lignin. Den kallas kraftlignin och är en restprodukt från papperstillverkning.
Forskarna har analyserat vilken molekylsammansättning i ligninet som passar bäst för ändamålet.
– Vi har skapat ett material, eller komposit, av kraftlignin som ska vara kontaktytan med katodlagret. Det visade sig att solcellen blev mycket stabilare. Fördelen med kraftlignin är att den har förmågan att skapa många vätebindningar vilket hjälper till att stabilisera solcellen, säger forskningsingenjören Qilun Zhang vid Linköpings universitet.
Kan ersätta en del batterier
Organiska solceller används redan idag, främst för inomhusbruk. De kan också ersätta batterier hos sensorer och liknande strömsnåla applikationer. Men enligt Mats Fahlman skulle tekniken kunna skalas upp för större tillämpningar, till exempel ren energiförsörjning.
– Organiska solceller kommer aldrig vara bäst när det gäller effektivitet. Men fördelen är att de är ogiftiga, hållbara och billiga. Kan de ligga på 15–20 procents effektivitet räcker det gott och väl för de flesta tillämpningar, säger Mats Fahlman.
Vetenskaplig studie:
Industrial Kraft Lignin Based Binary Cathode Interface Layer Enables Enhanced Stability in High Efficiency Organic Solar Cells, Advanced materials.
Kontakt:
Mats Fahlman, professor vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet. mats.fahlman@liu.se
Qilun Zhang, förste forskningsingenjör vid Laboratoriet för organisk elektronik, Linköpings universitet, qilun.zhang@liu.se
