Solenergi har stor potential att kunna bli en av våra viktigaste energikällor. Energin i solstrålarna motsvarar mer än 15 000 gånger den elektricitet som jordens befolkning behöver i vardagen. Men sättet vi fångar in solens strålar på, och omvandlar strålningen till energi, behöver bli mer effektivt. Först då kan förnybara energikällor helt ersätta fossila bränslen - som idag står för cirka 40 procent av all den el som produceras i EU.
Nya sätt att utnyttja solens energi
Heiner Linke, professor i nanofysik vid Lunds universitet och föreståndare för NanoLund bedriver grundforskning om nanofysik och solceller.
Målet med hans forskning är att hitta ett nytt sätt att utnyttja solens energi för att producera elektricitet. Energi kan inte skapas utan bara omvandlas, från en form till en annan, exempelvis från solenergi till elektricitet. På vägen spiller energi ofta ut i form av värme, och det gör att energi går förlorad. Hur effektiv en process är för att omvandla energi kan mätas genom att jämföra hur mycket energi som går in med hur mycket som kommer ut. Det kallas för verkningsgrad.
– Det vi försöker göra rent konkret är att fånga in mer av den värme som går förlorad från solens strålar. Gör vi det kan vi få högre verkningsgrad i solcellerna eftersom vi kan omvandla mer solenergi till elektricitet.
Ta inspiration från biologiska processer
Heiner Linke och hans grupp tittar specifikt på hur enstaka elektroner beter sig, eftersom här kan nya sätt att öka verkningsgraden kanske upptäckas. Han liknar sättet att tänka med biologiska processer. I varje levande varelse omvandlas kemisk energi till rörelse av individuella molekyler som har mycket hög verkningsgrad men som fungerar helt annorlunda än motorer vi använder med dagens teknik. Det kan därför vara intressant, menar han, att ta inspiration från hur molekyler fungerar, för att se om biologins strategier går att tillämpa på elektroner och fotoner.
– Förhoppningen är att forskningen kan leda till att solceller får högre verkningsgrad utan att bli dyrare, om vi kan ta vara på all energi och den inte förloras som värme. Då kan solpaneler bli ännu mer konkurrenskraftiga och solceller börja användas mer. Men det är svårt att säga exakt vad vi hittar och hur det kommer att användas, det ligger i själva grundforskningens natur, säger Heiner Linke.
Hur lagrar man stora mängder el?
Även om Heiner Linke och hans forskargrupp lyckas med att omvandla solens strålar till energi med högre verkningsgrad finns det många utmaningar som måste lösas för att verkligen kunna utnyttja solen som energikälla, såsom lagring och distribution av el. Solen skiner på dagen men el behövs dygnet runt. Solpaneler finns på många olika ställen, och elen behöver distribueras, ibland över stora avstånd.
– På sikt måste det skapas system för att lagra och flytta energi från solen i mycket större skala än vad som är möjligt nu. Det är frågor som måste lösas för att skala upp användningen av solenergi.
Det vi försöker göra rent konkret är att fånga in mer av den värme som går förlorad från solens strålar
För att komma vidare inom Heiner Linkes egen forskning behövs, utöver teoribildning, också nya och bättre sätt att mäta i samband med experiment.
– Mätkänslighet är extremt viktigt för att kunna undersöka hur energiomvandling sker mellan enstaka elektroner och fotoner.
Samspel driver utveckling framåt
Heiner Linkes forskning skiljer sig från så kallad tillämpningsnära forskning, som ofta utgår från problemställningar från industrin, och där företag och organisationer förväntar sig att få användning av resultaten inom en ganska kort tidsrymd. Idag är det den forskningen som främst är i fokus eftersom det är bråttom att ställa om till ett mer hållbart samhälle.
Men både grundforskning och tillämpningsnära forskning behövs, och gärna i nära samspel med varandra, för att driva utvecklingen framåt.
– Man kan inte komma på något fundamentalt nytt om man enbart fokuserar på att optimera det som redan är befäst och framtaget. Man måste också försöka upptäcka helt ny kunskap som kan leda till helt nya och oväntade idéer.
Grundforskning får ta tid
En lång forskningshorisont är helt avgörande menar Heiner Linke. Först för cirka 150 år sedan förstod forskare vad värme var, att det hänger ihop med rörelse hos enstaka molekyler, något som väckte de första tankarna kring hur termodynamik fungerar. Och på 1950-talet började solceller användas, då först i rymden för elförsörjning till satelliter.
Heiner Linkes egen största milstolpe var en artikel han och hans kollegor publicerade 2018. Den är resultatet av 10-15 års arbete, med mål att förverkliga en teori för hur energiomvandling kan ske med hög verkningsgrad – en utdragen process eftersom det tog tid att få till de experiment som behövdes.
– Grundforskning tar tid. Vi vill utveckla nya sätt att tänka och nya koncept, och sedan förverkliga dem. Då måste du arbeta i långa projekt och ha stort tålamod. Men det finns ingen motsats mellan grundforskning och tillämpad forskning. Bägge behövs och båda drar nytta av varandra, avslutar Heiner Linke.
