Svenska och kinesiska forskare har utvecklat organiska solceller optimerade för att omvandla omgivande inomhusljus till elektricitet. Effekten de producerar är låg, men är förmodligen tillräckligt för att mata de miljontals produkter som Internet of Things kommer att ge online.

När Internet of Things expanderar, det förväntas att vi kommer att behöva ha miljontals produkter online, både i offentliga utrymmen och i hemmen. Många av dessa kommer att vara mångfalden av sensorer för att upptäcka och mäta fukt, partikelkoncentrationer, temperatur och andra parametrar. Av denna anledning, efterfrågan på små och billiga förnybara energikällor ökar snabbt, för att minska behovet av täta och dyra batteribyten.

Det är här organiska solceller kommer in. Inte bara är de flexibla, billig att tillverka och lämplig att tillverka som stora ytor i en tryckpress, de har ytterligare en fördel:det ljusabsorberande skiktet består av en blandning av donator- och acceptormaterial, vilket ger stor flexibilitet i att ställa in solcellerna så att de är optimerade för olika spektra – för ljus med olika våglängder.

Forskare i Peking, Kina, ledd av Jianhui Hou, och Linköping, Sverige, ledd av Feng Gao, har nu tillsammans utvecklat en ny kombination av donator- och acceptormaterial, med en noggrant bestämd sammansättning, att användas som det aktiva skiktet i en organisk solcell. Kombinationen absorberar exakt de våglängder av ljus som omger oss i våra vardagsrum, på biblioteket och i snabbköpet.

Forskarna beskriver två varianter av en organisk solcell i en artikel i Nature Energy ("Wide-gap non-fullerene acceptor enabling high-performance organic photovoltaic cells for indoor applications"), där en variant har en yta på 1 cm ² och den andra 4 cm ² . Den mindre solcellen exponerades för omgivande ljus med en intensitet på 1000 lux, och forskarna observerade att så mycket som 26,1 procent av ljusets energi omvandlades till elektricitet. Den organiska solcellen levererade en högspänning på över 1 V i mer än 1000 timmar i omgivande ljus som varierade mellan 200 och 1000 lux. Den större solcellen höll ändå en energieffektivitet på 23 procent.

"Detta arbete tyder på ett stort löfte för organiska solceller att användas i stor utsträckning i vårt dagliga liv för att driva Internet of Things, " säger Feng Gao, universitetslektor vid avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet.

"Vi är övertygade om att effektiviteten hos organiska solceller kommer att förbättras ytterligare för tillämpningar med omgivande ljus under de kommande åren, eftersom det fortfarande finns ett stort utrymme för optimering av materialen som används i detta arbete, "Jianhui Hou, professor vid Institutet för kemi, kinesiska vetenskapsakademin, understryker.

Resultatet är ytterligare ett framsteg inom forskningen inom området organiska solceller. Sommaren 2018 till exempel, forskarna, tillsammans med kollegor från ett antal andra universitet, publicerade regler för konstruktion av effektiva organiska solceller. Artikeln samlade 25 forskare från sju universitet, och publicerades i Naturenergi . Forskningen leddes av Feng Gao. Dessa regler har visat sig vara användbara längs hela vägen till effektiv solcell för inomhusbruk.

Spin off företag

Forskargruppen för biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet, under ledning av Olle Inganäs (numera professor emeritus), har under många år varit världsledande inom området organiska solceller. Några år sedan, Olle Inganäs och hans kollega Jonas Bergqvist, som är medförfattare till artiklarna i Nature Materials and Nature Energy, grundad, och är nu delägare i ett företag, som fokuserar på att kommersialisera solceller för inomhusbruk.