Tenk deg en skjerm som kan lade seg selv når du ikke bruker den. I stedet for å bare stå der uvirksom, kan den samle lys fra omgivelsene og gjøre det om til elektrisitet.
En ny studie viser at denne ideen ikke bare er mulig – den fungerer allerede i laboratoriet.
Les: Hvorfor den ene siden av Melkeveien er varmere enn den andre
Forskere har nemlig laget en spesiell enhet som både kan fungere som solcelle og som lysdiode (LED), og som gjør begge jobbene svært effektivt. Studien, publisert i tidsskriftet Joule, beskriver en enhet som omdanner sollys til elektrisitet med en virkningsgrad på 26,7 prosent, og som samtidig sender ut lys med en virkningsgrad på omtrent 31 prosent.
Dette er imponerende tall, selv for enheter som kun er laget for å gjøre én av disse oppgavene.
Nøkkelmaterialet bak gjennombruddet
Nøkkelmaterialet bak dette gjennombruddet er noe som kalles metall-halogenid-perovskitter. Disse materialene har blitt svært populære de siste årene fordi de er relativt billige å produsere, og fordi de kan tilpasses til å absorbere eller sende ut ulike typer lys.
Helt frem til nå har imidlertid forskerne vanligvis designet perovskitt-solceller og LED-er hver for seg, fordi de krever svært forskjellige strukturer.
Les: Hvilken fedmebehandling beskytter hjertet best?
Tykkelsens utfordring
Hovedutfordringen handler om tykkelse. For at en LED skal fungere godt, må perovskitt-laget være veldig tynt slik at lyset enkelt kan slippe ut. Men for at en solcelle skal fungere godt, må laget være mye tykkere for å absorbere nok sollys. Denne forskjellen har gjort det vanskelig å kombinere begge funksjonene i én enkelt enhet uten å tape effektivitet.
Smart løsning med svampstruktur
Den nye studien, ledet av forskere fra University of Colorado Boulder og University of Science and Technology of China, fant en smart måte å løse dette problemet på. I stedet for å velge mellom tynt eller tykt, redesignet de måten lyset beveger seg inne i enheten på.
Løsningen deres består i å tilsette bittesmå svamp-lignende strukturer laget av aluminiumoksid inne i perovskitt-laget. Disse strukturene er altfor små til å sees, men spiller en stor rolle. De hjelper nemlig til med å lede lyset mer effektivt – både når enheten absorberer lys, og når den sender det ut. Samtidig lar de elektrisiteten flyte jevnt gjennom enheten, noe som er helt avgjørende for god ytelse.
Helbreder feilene i materialet
En annen viktig forbedring er reduksjonen av bittesmå defekter i materialet. Normalt fanger disse defektene opp lys og gjør det om til varme, noe som kaster bort energi. Den nye designen bruker spesielle overflatebehandlinger for å «helbrede» disse defektene. Dette gjør at lyset kan sprette rundt inne i materialet og få en ny sjanse til å slippe ut – en prosess som kalles foton-resirkulering. Resultatet er at enheten blir enda mer effektiv.
Varer lenger – og presterer bedre
Tester viste at den nye enheten ikke bare presterer godt i begge moduser, men at den også varer lenger. Den beholdt det meste av ytelsen sin selv etter lengre tids bruk, noe som er svært viktig for virkelige bruksområder.
Nye muligheter for fremtidens skjermer
Denne typen tofunksjons-enhet kan åpne for helt nye muligheter. For eksempel kan fremtidens skjermer høste inn omgivelseslys for å forlenge batterilevetiden, og lyssystemer kan gjenvinn energi når de er slått av. Mer generelt viser forskningen at å kombinere lysabsorpsjon og lysutslipp i én enhet ikke bare er en teori – det er en praktisk ingeniørløsning.
Ved å nøye designe både strukturen og materialet, finner forskerne stadig nye måter å lage enheter som er smartere, mer effektive og mer allsidige enn noen gang før.
Les på Sporten: 3 signeringer Liverpool planlegger til sommeren
