I solceller udnyttes solens lys til skabe en elektrisk strøm. Traditionelle solceller fremstilles af silicium og er typisk tykke og umulige at bøje. Desuden skal de gennem en kompliceret proces, hvor der tilføres forskellige atomare “urenheder” i krystalstrukturen i cellens to halvdele, som sørger for, at strømmen løber den rigtige vej. Dette kaldes dotering, og uden dotering ville elektronerne i strømmen ikke vide, hvad der er “plus og minus”, og solcellen ville være ubrugelig. I et videnskabeligt gennembrud har det for nyligt vist sig, at der findes materialer, som uden dotering helt af sig selv leder strømmen den rigtige vej. Det er netop denne slags materialer, som forskere fra Aalborg Universitet i samarbejde med blandt andet DTU har undersøgt i en artikel publiceret i tidsskriftet Nature Physics Journal: Computational Materials (9, 35 (2023).

I artiklen har forskerne undersøgt hele 326 nye materialer, der alle deler de egenskaber, der garanterer, at den elektriske strøm ledes den rigtige vej. Materialerne er undersøgt med avancerede teoretiske metoder baseret på kvantemekanik. Det er lykkedes at forudsige solcellernes effektivitet med stor præcision, hvilket gør det muligt at “screene” materialerne for de bedste kandidater til fremtidens solceller.

Ph.d.-studerende Mikkel Ohm Sauer fra Institut for Materialer og Produktion samt Matematiske Fag på AAU er hovedforfatter på artiklen. Han udtaler: »Det fantastiske ved studiet er, at vi kan beregne stoffernes egenskaber med så høj pålidelighed. På den måde slipper man for at prøve sig frem i laboratoriet, når man skal vælge materialer til nye solceller. Vi kan i hvert fald give et meget sikkert bud på, hvilke materialer, der vil fungere bedst, og hvad, man kan forvente, cellens virkningsgrad vil være.«

De nye materialer tilhører alle såkaldt to-dimensionelle halvledere, som er en helt ny og meget lovende klasse af materialer. De spås blandt andet at få anvendelse i fremtidens elektronik og som lyskilder i for eksempel mobiltelefondisplays. To-dimensionelle materialer er ekstremt tynde, typisk kun med tykkelser på nogle få atomlag. Derfor er materialeforbruget i de nye solceller minimalt, og de kan nemt bukkes og foldes, fordi lagene er så tynde.

Projektet er ledet af professor Thomas Garm Pedersen fra Institut for Materialer og Produktion ved AAU, som siger: »Solcellerne er blot ét eksempel på de egenskaber, som vi kan beregne med de nye metoder. Vi har tidligere undersøgt materialernes evne til at udsende lys, og faktisk viser det sig, at mange af dem er supergode til at omdanne lys fra en farve til en anden. Det forventer vi mange spændende anvendelser af i fremtiden.«. 

Andreas Nørskov Pedersen, AAlborg Universitet