Epishines organiska solceller kan tryckas på plastfilm och baseras på kol istället för kisel. De har möjligheten att bli det billigaste energislaget någonsin.

Solcellstekniken har blivit billigare och det har kommit fram intressanta alternativ till de traditionella kiselbaserade cellerna. Ett exempel är bolaget Epishine som arbetar med att kommersialisera en innovativ solcell. Den består av extremt tunna lager kolatomer som är tryckta på böjlig plastfilm.

Livscykelperspektiv är viktigt

Epishine har utvecklat en solcell som består av nanotunna lager av ljusabsorberande polymerer tryckta på PET-film. Foto: Epishine.

Fler och fler vill installera solceller på sina fastigheter och under de senaste åren har Sverige fördubblat solcellskapaciteten. Ökningen sker dock från en mycket låg nivå som inleddes under 1970-talet då de första solcellerna började användas. Till en början användes de huvudsakligen till fyrar, båtar, sommarstugor och husvagnar. Sådana anläggningar har fortfarande en stabil marknad i Sverige, men på senare tid har intresset för att bygga solcellsanläggningar som är anslutna till elnätet ökat stadigt. Att solceller bidrar till en bättre miljö håller nog de flesta med om men hur ser miljöpåverkan ut i ett livscykelperspektiv?

”Framtidens energikällor måste vara skalbara, billiga och oberoende av ändliga resurser. Dessutom bör de vara fria från farliga kemikalier, vara återvinningsbara och kunna tillverkas med liten påverkan på klimatet. Våra solceller uppfyller dessa förutsättningar och jag anser att de organiska solcellerna har många fördelar jämfört med de kiselbaserade systemen”, konstaterar Emma Woxlin, som är marknadschef på Epishine.

Solcellerna trycks på plast

”Tänk dig ett millimetertjockt plastark där själva solcellen är tryckt på ytan. Plasten består av PET och solcellen innehåller inte några metaller. Vi talar därför om organiska solceller. De ljusabsorberande polymererna trycks i nanometertjocka lager på plastfilmen. Man kan säga att vi trycker med plastbläck på plast”, fortsätter Emma Woxlin.

”Så här långt är vi ensamma om att producera helt metallfria solceller och samtidigt behålla hög ytteckningsgrad. Detta är möjligt genom en produktionsteknik som kan liknas vid hur tryckerier producerar tidningar. Solcellerna kan göras mycket långa och har möjligheten att bli det billigaste energislaget någonsin. Två transparenta elektrodmaterial omger ett ljusabsorberande polymerskikt som skapar en fotoström vid belysning och därmed en elektrisk spänning. Solcellsmodulerna kan seriekopplas och strömmen hämtas ut via metallelektroder i ytterkanterna”.

Solcellerna är resultatet av 25 års arbete som utgått från småskaliga försök i laboratoriemiljö och som efterhand utvecklats vidare till en tryckbar process. En av initiativtagarna är Olle Inganäs som är professor i organisk elektronik vid Linköpings universitet. Han anses som en pionjär inom området och var en av de första i världen att inse teknikens möjligheter när de första forskningsresultaten dök upp i USA och Japan i början av 1990-talet.

”Tryckta organiska solceller är en resurseffektiv och klimatsmart produkt”, säger Emma Wohlin på Epishine. Foto: Epishine.

Tryckerianläggningen finns vid Printed Electronics Lab i Norrköping och har en kapacitet på cirka 20 000 kvadratmeter solceller per år. Inom ett år räknar Epishine med att kunna driftsätta denna anläggning för att kommersialisera innovationen.

”Materialet är transparent, flexibelt och kan tryckas på rulle. Det gör det användbart inom många områden, exempelvis skyddande solfilm i fönster som samtidigt genererar el. Man kan också tänka sig det som ett dekorativt ytskikt på fasader och fönster. Andra fördelar är att de är tunna och lätta att bära eller transportera. Man kan se en rulle solceller som ett portabelt kraftverk i miljöer med stark solbestrålning. En annan tillämpning är faktiskt användning inomhus”, konstaterar Emma Wohlin.

Internet of Things

”En tillämpning är millimetertunna, böjliga och formbara solceller för strömförsörjning av olika föremål som är kopplade till Internet of Things. Inomhus visar våra resultat redan att vi kommer att bli bättre än de kiselbaserade solcellerna trots att vi är väldigt tidiga i optimeringsarbetet”, berättar Emma Wohlin.

”Organiska solceller tappar inte lika mycket verkningsgrad som kiselsolceller gör vid låg intensitet på belysningen. Sensorer för mätning av exempelvis värme och fuktighet eller sensorer i larmsystem behöver ju energi och det kan vara ganska komplicerat att dra fram ström och koppla in transformatorer eller att byta batterier. Här kan vi skörda ljusenergi där den finns och solceller i trådlösa sensorer i affärer eller industrier skulle förenkla installation och underhåll. Sådana sensorer använder ett par hundra mikrowatt och det passar kapaciteten hos våra solceller”.

”De organiska solcellerna har många fördelar och vi beräknar energiåterbetalningstiden till mindre än en månad. Motsvarande tid för kiselbaserade solceller är minst ett år eftersom det krävs mycket energi både för att utvinna kisel och för att tillverka solcellerna. En annan fördel är att de organiska solcellerna ungefär går att återvinna som en PET-flaska. Samtidigt finns ett antal hinder att övervinna som bland annat rör verkningsgraden, livslängden och produktionen i stor skala. I vårt team har vi människor med bred kompetens och lång erfarenhet så vi har stora förhoppningar om att kunna bidra med smarta produkter till ett resurseffektivare samhälle”, avslutar Emma Wohlin.

År 2017 utsågs Epishine av tidningarna Ny Teknik och Affärsvärlden till ett av Sveriges mest lovande teknikföretag. I motiveringen står det: ”Epishine AB har utvecklat en metod för att tillverka tryckta organiska solceller. Tekniken möjliggör trådlös energiförsörjning till sensorer för den växande marknaden av fysiska föremål som kommunicerar med varandra över internet utan mänsklig inblandning (Sakernas internet eller Internet of Things) På sikt kan den nya typen av solceller även ge miljontals människor tillgång till billig och ren el”.

Artikeln publicerades i november 2017.