Supermaterialet böjer solcellen

Med hjälp av tejp och blyerts lyckades Andre Geim och Konstantin Novoselov för första gången någonsin framställa grafen – genomskinligt kol – 2004. Sex år senare tilldelades de båda båda forskarna Nobelpriset i fysik och i dag är grafen ett brett forskningsområde.
Grafens samlade egenskaper gör det unikt. Det är genomskinligt och strömledande, supertunt och fjäderlätt, elastiskt men på samma gång starkare än stål. Dess potentiella användningsområden är många, inte minst inom framtidens energilösningar.
 

Solcellen du kan böja

Solpaneler med grafen skulle skilja sig radikalt från de solpaneler vi har idag. Solcellerna skulle kunna böjas och inte nödvändigtvis vara platta. Inte heller skulle de behöva sitta på hustak. Väggar, biltak, kläder är bara några få exempel där framtidens solcell skulle kunna sitta. Eftersom grafen är mer än 100 gånger starkare än stål är det också solceller som skulle hålla längre.
Problemet forskare tampas med är hur man skapar en grafensolcell som har tillräckligt hög effekt för att vara lönsam i manstillverkning. Tidigare forskning som gjorts har resulterat i solceller som endast lyckats omvandla knappt 3 procent av solstrålarna till energi. Men sommaren 2012 tog en grupp forskare på Floridas universitet ett jättekliv framåt.
Deras ”dopade” grafencell har under experiment nått en solomvandling på uppemot 8.6 procent. Det kan jämföras med kommersiella solceller som har en omvandling på ungefär 20 procent.
Själva solcellen består av en tunn skiva kisel med ett lager grafen utanpå. Grafenet är behandlat – eller ”dopat” – med den kemiska lösningen TFSA.
– Grafen har stor potential att bli en viktig komponent i den typ av solomvandlingsteknik vi hoppas se i framtiden, säger professor Arthur Hebard till Florida universitetets hemsida. Att dess kapacitet för omvandling kan förbättras med relativt billiga metoder bådar gott för framtiden.
Hebard har skrivit en avhandling om experimenten på universitetet och menar i den att solceller med grafen kommer bli kommersiellt gångbara när de har en solomvandlingskapacitet på 10 procent eller mer.
 

Produceras i Sverige

Ett företag som producerar grafen redan idag är Graphensic i Linköping. Inriktningen är på grafen i elektronik, till exempel i ultrasnabba transistorer och superkänsliga sensorer. Ännu arbetar man med olika prototyper.
– Vi kan nog ha en fungerande prototyp om tre år vilket är väldigt snart för ett material som är så pass nytt, berättar Rositza Yakimova på Graphensic. Och jag tror att vi nog kommer att se kommersiell användning av grafen inom tre till fem år. Det forskas väldigt mycket på grafen idag. Nästan alla större läroverk och forskningsinstitut har något projekt inom området.
Teknikjätten Samsung är ett av de tyngsta namnen som bedriver forskning med grafen, bland annat för mobiltelefon displays och plattskärmar. Rositza Yakimova ser en ljus framtid för grafen.
– Det är lite av ett undermaterial. Alla dess egenskaper, som hur strömledande och starkt det är, är överlägsna, berättar Rositza Yakimova. Än så länge har dock de flesta experimenten bekräftat hur väl grafen fungerar i liten skala. Vad som behövs är fler experiment i större skala.

Detta är grafen

• Grafen är rent kol, där atomerna är ordnade i ett hexagonalt mönster. Ett lager grafen är extremt tunt, endast en atom tjockt.
• En kvadratmeter grafen väger endast 77 miligram. Samtidigt är det extremt slitstarkt, över 100 gånger starkare än stål.
• Materialet är genomskinligt och strömledande. Just nu forskas det bland annat på hur grafen kan användas som för starkare plast, snabbladdande batterier och genomskinliga skärmar.
• Eftersom det är nästan ogenomträngligt för gaser och bakterier pågår det även forskning i hur grafen kan användas i förpackningar för att exempelvis ge mat längre hållbarhet.
• Materialet tillverkades för första gången 2004 av Andre Geim och Konstantin Novoselov vid Manchesters Universitet. Till sin hjälp hade de bland annat en blyertspenna och tejp för att isolera grafenatomerna. Sex år senare tilldelades de två forskarna Nobelpriset i fysik.