På väg mot framtidens solceller

26 april 2024

Supermaterialen perovskiter har fått rykte om sig att kunna revolutionera solcellsteknologin. Med avancerad röntgenteknik vill Fredrik Johansson förstå grunderna bakom perovskit-solceller och ta dem mot kommersialisering.

Nu får Fredrik Johansson ÅForsks repatrieringanslag och är på god väg att etablera sig som självständig forskare i Sverige.

Perovskiter beskrivs av många som en game changer inom tillverkningen av solceller. Det krävs bara ultratunna filmer av det här materialet för att producera likvärdiga mängder energi som dagens solceller, som består av jämförelsevis tjocka kisellager. Det i kombination med potentiellt lägre produktionskostnader öppnar för en konkurrenskraftig och kostnadseffektiv solcellsteknologi. Men så finns det också frågetecken som måste besvaras innan materialet kan kommersialiseras i stor skala. Ett sådant är hur solceller av perovskit håller över tid. Fredrik Johansson, forskare inom röntgenfysik, är en hemvändare som efter två år som postdok vid Sorbonne universitetet i Paris har fått ÅForsks repatrieringsanslag för att utvecklas som forskare på området. Idag är han postdok vid institutionen för fysik och astronomi på Uppsala universitet.

– Repatrieringanslaget är en unik möjlighet som gör att jag kan stå på egna ben och börja etablera mig som självständig forskare. Nu tar jag de första viktiga stegen mot att på sikt bygga upp en egen forskargrupp och anslaget gör att jag kan satsa på en inriktning som jag känner starkt för, säger Fredrik Johansson.

Skaffar kunskapen som gör att solcellerna håller över tid

Solcellerna han studerar består av ultratunna lager perovskit, varje lager är 1 000 gånger tunnare än ett hårstrå. Här fokuserar Fredriks forskning på något så specifikt som gränsskiktet mellan varje lager och hur elektronerna – som genererar spänningen – beter sig där. Att förstå och förklara de här fundamentala processerna ger den grundläggande kunskap som behövs för att utveckla vad som har potential att bli framtidens solceller.

– Det som är fascinerande med perovskiter som materialklass är deras potential att omvandla solenergi, utvecklingen har gått extremt snabbt och nu har de en effektivitet i paritet med kisel som används i solceller idag. Men mitt arbete handlar inte om att skapa materialet utan om att förstå vad som gör att det funkar och hur vi kan få solcellerna att hålla minst lika länge som de som finns på marknaden idag, säger Fredrik.

Fredrik använder sig av analystekniken elektronspektroskopi som gör det möjligt att studera materialet ner på molekyl- och atomnivå och därmed se hur elektronerna är strukturerade i materialen. Den höga detaljnivån gör att Fredrik kan studera olika delar av den process som pågår i gränsskiktet mellan varje lager. Experimenten kommer till stor del att äga rum på synkrotronljusanläggningar såsom Max IV laboratoriet i Lund vars specialitet är att skapa världens ljusstarkaste och mest fokuserade röntgenstrålar, så kallat synkrotronljus.

Satsar på internationella samarbeten

Mycket av Fredriks forskning bygger på att knyta till sig olika kompetenser genom samarbeten med forskare i andra länder. De före detta kollegorna i Paris bidrar med sin kunskap om perovskitmaterial och han har också tät kontakt med Södra Danmarks universitet som bland annat har specialiserat sig på att tillverka de olika tunnfilmer som bygger upp solceller. Fredrik ingår också i ett samarbete mellan Uppsala universitet och Helmholtz-Zentrum Berlin där han tidigare hade en postdok-tjänst. I samarbetet genomförs experiment och nya analysmetoder utvecklas på den synkrotronljusanläggning som drivs av centrat i Berlin.

Men Fredriks forskning stannar inte vid att förbättra morgondagens solceller, den ger en grundläggande förståelse som är användbar i utvecklingen av bland annat organiska solceller och elektronik. Vid Uppsala universitet bidrar han till en stark tradition inom solcellsforskning och universitetet är också ledande när det gäller att använda elektronspektroskopi för att undersöka just energimaterial.

– Under mina år utomlands har jag lärt känna andra kulturer och fått perspektiv på hur forskarvärlden skiljer sig åt mellan länder. Vetenskapen är en brygga och forskning handlar så mycket om att söka kontakt och dela kunskap med varandra, säger Fredrik avslutningsvis.

Om ÅForsk repatrieringsanslag

Repatrieringsanslaget kan sökas av forskare som har disputerat de senaste cirka fem åren och som under minst ett år har bedrivit forskning i utlandet som akademisk eller industriell postdoc, eller som anställd industriforskare.

Forskningsstiftelsen ÅForsk finansierar forskning som håller hög vetenskaplig kvalitet och som kan tillämpas inom kärnområdena Energi, Miljö, Säkerhet & Hållbarhet, Infrastruktur, Materialteknik, Utveckling av processer samt Produkter från förnybara råvaror.

Anslaget är på två år och totalt 2 Mkr. Sista dag för ansökan är den 30 september 2024. Läs mer på sidan för anslag och ansökan.