Fem år sedan, världen började prata om tredje generationens solceller som utmanade de traditionella kiselcellerna med en billigare och enklare tillverkningsprocess som använde mindre energi.

Metylammoniumblyjodid är ett metallorganiskt material i perovskitkristallstrukturen som fångar ljus effektivt och leder elektricitet väl – båda viktiga egenskaper i solceller. Dock, livslängden för solceller gjorda av metallorganiska perovskiter har visat sig vara mycket kort jämfört med celler gjorda av kisel.

Nu forskare från Aalto-universitetet, Uppsala universitet och École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) i Schweiz har lyckats förbättra den långsiktiga stabiliteten hos solceller av perovskit med hjälp av "slumpmässiga nätverks" nanorörfilmer som utvecklats under ledning av professor Esko Kauppinen vid Aalto -universitetet. Slumpmässiga nätverksnanorörsfilmer är filmer sammansatta av enkelväggiga kolnanorör som i en elektronmikroskopbild ser ut som spagetti på en tallrik.

"I en traditionell perovskitsolcell, hålledarskiktet består av organiskt material och, ovanpå det, ett tunt lager av guld som lätt börjar sönderfalla och diffundera genom hela solcellsstrukturen. Vi ersatte guldet och även en del av det organiska materialet med filmer gjorda av kolnanorör och uppnådde god cellstabilitet i 60 grader och fulla solbelysningsförhållanden', förklarar Kerttu Aitola, som försvarade sin doktorsavhandling vid Aalto-universitetet och nu arbetar som forskare vid Uppsala universitet

I studien, tjocka svarta filmer med så hög konduktivitet som möjligt användes i solcellens bakkontakt där ljus inte behöver ta sig igenom. Enligt Aitola, nanorörsfilmer kan också göras genomskinliga och tunna, vilket skulle göra det möjligt att använda dem som cellens främre kontakt, med andra ord som kontakten som släpper igenom ljus.

'Solcellerna bereddes i Uppsala och den långsiktiga stabilitetsmätningen utfördes vid EPFL. Ledare för solcellsgruppen vid EPFL är professor Michael Grätzel, som tilldelades Millenniumpriset 2010 för färgämnessensibiliserade solceller, på vilken perovskitsolcellerna också delvis är baserade på', säger Aitola.

Solceller i fönster

Livslängden för solceller gjorda av kisel är 20-30 år och deras industriella produktion är mycket effektiv. Fortfarande, alternativ behövs eftersom minskning av kiseldioxid i sand till kisel kräver mycket energi. Det uppskattas att en kiselsolcell behöver två eller tre år för att producera den energi som användes för att tillverka den, medan en perovskitsolcell bara skulle behöva två eller tre månader för att göra det.

'Dessutom, kisel som används i solceller måste vara extremt rent', säger Aitola.

"Perovskite solcell är också intressant eftersom dess effektivitet, med andra ord hur effektivt den omvandlar solljusenergi till elektrisk energi, har mycket snabbt nått nivån för kiselsolceller. Det är därför det bedrivs så mycket forskning på perovskitsolceller globalt.'

De alternativa solcellerna är ännu mer intressanta på grund av deras olika tillämpningsområden. Flexibla solceller har hittills tillverkats på ledande plast. Jämfört med det ledande lagret av plast, flexibiliteten hos nanorörsfilmer är överlägsen och råvarorna är billigare. Tack vare deras flexibilitet, solceller skulle kunna tillverkas med den rulla-till-rulle-bearbetningsmetod som är känd från pappersindustrin.

'Lätta och flexibla solceller skulle vara enkla att integrera i byggnader och du kan också hänga dem i fönster själv', säger Aitola.