ÌÇĐÄֱȄ

Hem

Solcellsmaterial kan hjälpa självkörande bilar i mörkret

28 september 2023

Anders Törneholm

Material som används i organiska solceller kan också användas som ljussensorer i elektronik. Det visar forskare vid LiU som har utvecklat en typ av sensor som kan upptäcka så kallat cirkulärt polariserande rött ljus. Studien banar väg för mer tillförlitliga självkörande fordon och andra användningsområden där mörkerseende är viktigt. 

Postdoktor Rui Zhang i laboratoriet Fotograf: Olov Planthaber
Forskare vid ÌÇĐÄֱȄs universitet har utvecklat ett material, som normalt används till organiska solceller, för att fånga upp just cirkulärt polariserande rött ljus. Rui Zhang, postdoktor vid IFM är en av huvudförfattarna till artikeln.

Vissa skalbaggar med glÀnsande vingar, larver hos eldflugor och fÀrgglada mantisrÀkor reflekterar ett sÀrskilt sorts ljus som kallas för cirkulÀrt polariserande ljus. Det beror pÄ mikroskopiska strukturer i deras skal som fÄr det elektromagnetiska vÄgorna i ljuset att reflekteras pÄ ett sÀrskilt sÀtt.

CirkulÀrt polariserande ljus har ocksÄ mÄnga tekniska anvÀndningsomrÄden som bland annat satellitkommunikation, avbildningsteknik (bioimaging) och andra sensorteknologier. Det beror pÄ att cirkulÀrt polariserande ljus bÀr pÄ en stor mÀngd information tack vare att det elektromagnetiska fÀltet runt ljusstrÄlen antingen kan ha en höger- eller vÀnstervriden spiral.

Hela ljusspektrumet

För att upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus behövs ett material som kan uppfatta Ă„t vilket hĂ„ll spiralen Ă€r vriden. Redan idag finns det material som kan uppfatta och avkoda cirkulĂ€rt polariserande ljus i nĂ€stan hela det synliga ljusspektrumet – förutom i den delen som ligger nĂ€rmast infrarött. Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat ett material, som normalt anvĂ€nds till organiska solceller, för att fĂ„nga upp just de ljusstrĂ„larna.

Feng Gao.Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi. Foto Magnus Johansson – Det har lĂ€nge varit en utmaning att fĂ„ till högkvalitativa sensorer som kan upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus nĂ€ra det infraröda spektrumet. Men tack vare en vidareutveckling av ett material vi normalt anvĂ€nder i solceller kan vi nu upptĂ€cka cirkulĂ€rt polariserande ljus i hela det synliga ljusspektrumet, sĂ€ger Feng Gao, professor vid Institutionen för fysik, kemi och biologi (IFM) vid Linköpings universitet.

UpptÀckten banar vÀg för tekniska lösningar dÀr mörkerseende spelar en avgörande roll som exempelvis i sjÀlvkörande bilar. Tack vare materialets lÀtta vikt och enkla tillverkningsprocess kan de anvÀndas i smÄ och billiga sensorer.

Undersöka fler material

Solcellsmaterialet bestÄr av polymerer (lÄnga kedjor med kolvÀten) och kan ha en klotrund molekylstruktur som kallas fulleren, eller sÄ har de en annan struktur och dÄ kallas materialet icke-fullerent. Materialet i den aktuella studien Àr icke-fullerent vilket har visat sig vara fördelaktigt för bÄde solceller och andra anvÀndningsomrÄden som ljussensorer.

Materialets förmĂ„ga att kĂ€nna av cirkulĂ€rt polariserande ljus beror pĂ„ dess sĂ„ kallade kiralitet, det vill sĂ€ga hur mottagarmolekylerna interagerar med ljus. Kiralitet hos molekyler kan enklast förklaras som ett par hĂ€nder – höger- och vĂ€nsterhanden har samma uppbyggnad men Ă€r just spegelvĂ€nda och fĂ„r dĂ€rmed lite olika funktioner. Tack vare kiraliteten kan olika molekyler kĂ€nna av om den elektromagnetiska strĂ„lningen Ă€r höger- eller vĂ€nstervriden.

– NĂ€sta steg Ă€r att utöka försöken till flera olika material och undersöka hur molekylerna och ljuset interagerar med varandra i dem. PĂ„ sĂ„ sĂ€tt hoppas vi att effektiviteten kan öka, sĂ€ger Li Wan, postdoktor vid IFM.

Rui Zhang, ocksÄ han postdoktor vid IFM tillÀgger:

– Även förmĂ„gan att styra hur molekylerna packas kan vara viktigt att förstĂ„.

Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, via den svenska strategiska satsningen pÄ nya funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet och Stiftelsen för strategisk forskning.

Artikeln: ; Li Wan, Rui Zhang, Eunkyung Cho, Hongxiang Li, Veaceslav Coropceanu, Jean-Luc Brédas & Feng Gao; Nature Photonics 17 (2023), publicerad online 08 June. DOI: 10.1038/s41566-023-01230-z

Kontakt

Fotografi av Feng Gao

Feng Gao

Professor, Enhetschef

Forskning på högsta nivå

NÀrbild pÄ elektronisk komponent som hÄlls med pincett, del av mans ansikte i bakgrunden

Avancerade funktionella material - AFM

Avancerade funktionella material, AFM, är en  interdisciplinär forskningsmiljö som bedriver forskning inom avancerade funktionella material. Initiativet baseras på en satsning från regeringen med strategiska forskningsområden som grund.

Senaste nytt från LiU

En kvinna med ett förvÄnat uttryck i ansiktet.

Därför är det svårt för vården att införa hälsofrämjande digitala verktyg

Digitala verktyg som främjar hälsan har svårt att nå ut och börja användas i vården, även om de visats ha god effekt. Maria Fagerström har i sin forskning funnit två avgörande faktorer: datahantering och styrning på flera nivåer i organisationen.
En grupp mÀnniskor som sitter pÄ en trÀbÀnk.

AI-litteracitet lyfts i fysioterapeututbildningen

En ny studie från ÌÇĐÄֱȄs universitet visar att fysioterapeutstudenters AI-användning ökar snabbt och att riktad utbildning kan stärka deras AI-litteracitet och förmåga att använda tekniken kritiskt och ansvarsfullt.
En man som knÀböjer framför en solpanel.

Återvinning av solpaneler riskerar att öka ojämlikheten

Att återvinna gamla solpaneler kan ge stora ekonomiska vinster och minska utsläppen. Men vinsterna kan fördelas ojämnt mellan olika delar av världen. En ny studie visar att regler och stöd kan bli avgörande för vem som tjänar på återvinningen.