Solceller är precis som löv, fånga solljuset och förvandla det till energi. Det är lämpligt att de nu kan tillverkas delvis av träd.

Georgia Institute of Technology och Purdue University forskare har utvecklat effektiva solceller med hjälp av naturliga substrat som härrör från växter som träd. Lika viktigt, genom att tillverka dem på cellulosananokristall (CNC) substrat, solcellerna kan snabbt återvinnas i vatten i slutet av deras livscykel.

Tekniken publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter , den senaste open-access-tidskriften från Nature Publishing Group.

Forskarna rapporterar att de organiska solcellerna når en effektomvandlingseffektivitet på 2,7 procent, en oöverträffad siffra för celler på substrat från förnybara råvaror. CNC -substraten på vilka solcellerna är tillverkade är optiskt transparenta, gör att ljus kan passera genom dem innan det absorberas av ett mycket tunt lager av en organisk halvledare. Under återvinningsprocessen, solcellerna är helt enkelt nedsänkta i vatten vid rumstemperatur. Inom bara några minuter, CNC -substratet löser sig och solcellen kan enkelt separeras i dess huvudkomponenter.

Georgia Tech College of Engineering Professor Bernard Kippelen ledde studien och säger att hans teams projekt öppnar dörren för en verkligt återvinningsbar, hållbar och förnybar solcellsteknik.

"Utvecklingen och prestandan för organiska substrat inom solteknik fortsätter att förbättras, ge ingenjörer en bra indikation på framtida applikationer, "sa Kippelen, som också är chef för Georgia Tech's Center for Organic Photonics and Electronics (COPE). "Men organiska solceller måste vara återvinningsbara. Annars löser vi helt enkelt ett problem, mindre beroende av fossila bränslen, medan du skapar en annan, en teknik som producerar energi från förnybara källor men inte är engångsbruk i slutet av sin livscykel. "

Hittills, organiska solceller har typiskt tillverkats på glas eller plast. Ingen av dem är lätt återvinningsbar, och petroleumbaserade substrat är inte särskilt miljövänliga. Till exempel, om celler tillverkade på glas skulle gå sönder under tillverkning eller installation, det värdelösa materialet skulle vara svårt att göra sig av med. Pappersunderlag är bättre för miljön, men har visat begränsad prestanda på grund av hög ytråhet eller porositet. Dock, cellulosananomaterial av trä är gröna, förnybar och hållbar. Substraten har en låg ytråhet på endast cirka två nanometer.

"Våra nästa steg kommer att vara att arbeta för att förbättra effektomvandlingseffektiviteten med över 10 procent, nivåer som liknar solceller tillverkade på glas eller petroleumbaserade substrat, "sa Kippelen. Gruppen planerar att uppnå detta genom att optimera de optiska egenskaperna hos solcellens elektrod.

Purdue School of Materials Engineering docent Jeffrey Youngblood samarbetade med Kippelen om forskningen.

Ett provisoriskt patent på tekniken har lämnats in till U.S. Patent Office.

Det finns också en annan positiv effekt av att använda naturprodukter för att skapa cellulosananomaterial. Nationens skogsproduktindustri planerar att tiotals miljoner ton av dem skulle kunna produceras när storskalig produktion börjar, eventuellt under de kommande fem åren.

Forskningen är det senaste projektet av COPE, som studerar användning och utveckling av tryckt elektronik. Förra året skapade centret den första någonsin helt plastiska solcellen.