Tack vare två tekniker som utvecklats av professor Benoit Marsan och hans team vid Universite du Quebec vid Montreal (UQAM) kemiavdelning, den vetenskapliga och kommersiella framtiden för solceller skulle kunna förändras totalt. Professor Marsan har kommit med lösningar på två problem som, under de senaste tjugo åren, har hämmat utvecklingen av effektiva och prisvärda solceller.

Hans resultat har publicerats i två prestigefyllda vetenskapliga tidskrifter, de Journal of the American Chemical Society ( JACS ) och Naturkemi .

Solens energis outnyttjade potential

Jorden får mer solenergi på en timme än hela planeten förbrukar på ett år! Tyvärr, trots denna enorma potential, solenergi utnyttjas knappt. Elektriciteten som produceras av konventionella solceller, består av halvledarmaterial som kisel, är 5 eller 6 gånger dyrare än från traditionella energikällor, som fossila bränslen eller vattenkraft. Över åren, många forskargrupper har försökt utveckla en solcell som både skulle vara effektiv när det gäller energi och billig att producera.

Färgkänsliga solceller

En av de mest lovande solcellerna designades i början av 90 -talet av professor Michael Graetzel vid Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) i Schweiz. Baserat på fotosyntesprincipen - den biokemiska process genom vilken växter omvandlar ljusenergi till kolhydrater (socker, deras mat) - Graetzelsolcellen består av ett poröst lager av nanopartiklar av ett vitt pigment, titandioxid, täckt med ett molekylärt färgämne som absorberar solljus, som klorofyllen i gröna blad. Den pigmentbelagda titandioden nedsänks i en elektrolytlösning, och en platina-baserad katalysator kompletterar förpackningen.

Som i en konventionell elektrokemisk cell (t.ex. ett alkaliskt batteri), två elektroder (titandioxidanoden och platinakatoden i graetzelcellen) placeras på vardera sidan av en vätskeledare (elektrolyten). Solljus passerar genom katoden och elektrolyten, och tar sedan ut elektroner från titandioxidanoden, en halvledare i cellens botten. Dessa elektroner rör sig genom en tråd från anoden till katoden, skapa en elektrisk ström. På det här sättet, energi från solen omvandlas till elektricitet.

De flesta material som används för att göra denna cell är billiga, lätt att tillverka och flexibel, så att de kan integreras i en mängd olika föremål och material. I teorin, Graetzelsolcellen har enorma möjligheter. Tyvärr, trots konceptets excellens, denna celltyp har två stora problem som har förhindrat dess storskaliga kommersialisering:

• Elektrolyten är:a) extremt frätande, resulterar i brist på hållbarhet; b) tätt färgat, förhindra en effektiv passage av ljus; och c) begränsar enhetens fotovolta till 0,7 volt.
  
• Katoden är täckt med platina, ett material som är dyrt, otransparent och sällsynt.

Trots många försök, tills professor Marsans senaste bidrag, ingen hade kunnat hitta en tillfredsställande lösning på dessa problem.

Professor Marsans lösningar

Professor Marsan och hans team har arbetat i flera år med utformningen av en elektrokemisk solcell. Hans arbete har involverat ny teknik, för vilken han har fått många patent. När han övervägde problemen med cellen som utvecklats av hans schweiziska kollega, Professor Marsan insåg att två av de tekniker som utvecklats för den elektrokemiska cellen också kan appliceras på Graetzel -solcellen, specifikt:

• För elektrolyten, helt nya molekyler har skapats i laboratoriet vars koncentration har ökats genom bidrag från professor Livain Breau, även av kemiavdelningen. Den resulterande vätskan eller gelén är transparent och icke-frätande och kan öka fotovolta, vilket förbättrar cellens produktion och stabilitet.
  
• För katoden, platina kan ersättas med koboltsulfid, vilket är mycket billigare. Det är också mer effektivt, mer stabil och lättare att producera i laboratoriet.

Omedelbart efter publiceringen i JACS och Naturkemi , Professor Marsans förslag mottogs entusiastiskt av det vetenskapliga samfundet. Många ser hans bidrag som ett stort forskningsgenombrott i produktionen av billiga och effektiva solceller.