Forskarprofilen: Charlotte Platzer Björkman

Varje byggsten är viktig i solcellerna

Om solenergi ska bli tillgänglig för fler behövs smarta materialval. Charlotte Platzer Björkman forskar om solceller i material som är billigare och mer vanligt förekommande än de som används i dagens solceller.

I laboratoriet på avdelningen för fasta tillståndets elektronik finns flera starka lampor som härmar solens egenskaper. När solcellen belyses ser man direkt hur mycket solenergi som omvandlas till elektricitet.

– Något av det mest tillfredsställande i det här jobbet är att vi kan få ett så direkt svar på om det blev bra eller inte. Sedan gäller det att förstå varför, säger Charlotte Platzer Björkman.

Hon disputerade på en avhandling om så kallade CIGS-solceller år 2006. Det är tunnfilmssolceller av koppar, indium, gallium och selen, som också tillverkas industriellt. Sedan följde forskning om kiselsolceller i Norge. Men sedan 2010 är det tunnfilmssolceller av typen CZTS som gäller. De liknar CIGS-solceller men indium och gallium, som är ovanliga och därmed dyra material, har ersatts av zink och tenn.

Solcellerna framställs i Ångströmlaboratoriet renrum. Det handlar om små, små detaljer, eftersom de tunna filmerna är under 3 mikrometer. Det motsvarar en hundradels hårstrå.

– En fördel vi har här vid Ångströmlaboratoriet är att vi kan göra hela solcellen från början till slut i renrummet. Vi har utrustning för alla olika skikt. En annan fördel är att vi har kemister och materialfysiker på nära håll när materialanalysen ska göras.

Sist men inte minst testas solcellens elektriska egenskaper i laboratoriet. Under någon av ”sollamporna” testas verkningsgraden. Hur hög den blir kan bero på någonting i ett av skikten eller i gränsytorna mellan olika skikt. Och även om materialsammansättningen är rätt, kan det uppstå defekter som att atomer byter plats eller att det fattas en atom någonstans.

– På första nivån kan vi göra en materialanalys och se de stora variationerna. Men de elektriska defekterna på atomnivå ger väldigt mycket av egenskaperna. Vissa av de defekterna kan vi bara nå genom att mäta den färdiga solcellen.

Hittills har de nått en verkningsgrad som är ungefär hälften av de solceller som finns på marknaden idag. Målet är att bli minst lika bra.

- På sikt vill vi bli ännu bättre, till exempel genom att utveckla tandemsolceller eller multisolceller. Med flera solceller som fångar upp varsin del av solens spektrum kan solenergin utnyttjas på ett mer effektivt sätt. Det vore ett stort kliv framåt.

Charlotte Platzer Björkman gjorde examensarbete på ABB innan hon började på forskarutbildningen år 2001. Hon är intresserad av grundläggande fysik och att förstå materialegenskaper. Men lika viktigt för henne är att det finns en vettig tillämpning.

– Jag är ju civilingenjör och vill inte bara förstå hur elektronerna rör sig utan vill att det ska gå att använda och funka om och om igen.

Om forskarna lyckas med den nya materialkombinationen går det att framställa billigare solceller – vilket gör det möjligt att producera solkraft i stor skala. Det vore inte bara en vinst för miljön utan är också en rättvisefråga, menar Charlotte Platzer Björkman.

– Det är en stor förändring om man kan använda distribuerade energikällor istället för stora centraliserade kraftverk. Det kan ge möjlighet till en lampa i en hydda för de allra fattigaste. Det är ju otroligt mycket annat kvar att lösa, men billig teknik som fungerar är en viktig pusselbit.

Forskningen har blivit uppmärksammad på senare tid och fått stöd från både Stiftelsen för strategisk forskning och Wallenbergstiftelsen. Tack vare det har Charlotte Platzer Björkman kunnat investera i ny utrustning men också rekrytera folk.

– Det är ett jättelyft. Idag är vi tio personer i gruppen och har en helt ny sputter, som är specialutformad för vårt projekt. Där kan vi variera många element, styra sammansättningen och se vad det har för verkan.

Experimentverksamheten har tagit fart och i snitt framställs 5-10 solceller i veckan som sedan testas i labbet.

– Målet är att nå en tillräckligt hög verkningsgrad och förstå varför det fungerar som det gör. Då blir det förhoppningsvis också intressant för industrin.

Annica Hulth

Vi bygger hela tiden på med fler porträtt av våra forskare där de berättar om sin forskning och där man även får en känsla för människan bakom forskningen.

Se alla forskarporträtt