JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
måndag 21 oktober 2019 VECKA 43

Vi kommer snart att drunkna i IoT-sensorer. Deras design blir ­viktigare än många ännu insett. Uppsalaföretaget Peafowl bidrar med solceller som smälter in.

Kiselsolceller kommer alltid att vara effektivare och billigare än Peafowls plasmoniska celler. Men Peafowl tävlar inte i verkningsgrad utan i skönhet, och hoppas hitta marknader där estetiska hänsyn är avgörande.
Du behöver inte känna dig misslyckad om du hajade till och inte kände igen ”plasmoniska solceller”. Området är så färskt att även kollegor kan få kämpa för att hänga med när Peafowls vd och forskningschef försöker förklara.

– Det finns fortfarande mycket som forskningen inte ens känner till om dessa material.

Han heter Jacinto Sá och är en av dem som lagt fram de grundläggande resultaten. Dessutom är han fortfarande ensam om att försöka industrialisera dem.

– Vi är först i världen att använda plasmoniska nanopartiklar som ljusabsorbenter. Andra har försökt använda plasmonik för att förstärka ljusabsorption genom att sprida ut ljuset. Men ingen har försökt använda det direkt som absorptionsmaterial.

Peafowls solceller försöker inte tävla med kiselsolceller om generell energialstring. De kommer heller aldrig att kunna köpas separat. När du stöter på dem kommer de att vara integrerade i andra produkter. De ska strömförsörja energisnål elektronik som arbetar utan sladdar och batterier.

– Generellt utvecklar vi strömförsörjning för smarta prylar.

Konceptet att utveckla solceller för integrering i produkter är ovanligt. Målet brukar nästan alltid vara att mata energi till elnät.

Genomskinligheten är en illusion, för det går inte att alstra elektricitet utan att suga i sig fotoner. Ett människoöga ser dock rakt igenom den 500 nm tunna cellen.

Den kan tonas i olika färger. Helt färglös levererar den idag mellan en tiondels och en femtedels watt per kvadratmeter. Peafowl tror sig kunna komma upp i en watt – en hundradel av en kiselsolcell. Om du accepterar en färgton går det att komma upp i fem watt, kanske tio.

Siffrorna gäller med det recept Peafowl använder nu. Det finns en spännande utvecklingspotential som vi ska återkomma till.

Ett av kundutvecklingsprojekten är Chromogenics, en äldre avknoppare från Uppsala universitet. Bolaget tillverkar en film vars genomskinlighet kan styras elektroniskt från transparent till helt ogenomskinlig. Filmen byter transparens när ett av dess skikt laddas och laddas ur.

Användningen är fönsterglas med reglerbar toning. Tekniken har i en installation lyckats spara 40 procent av energikostnaderna för uppvärmning och kylning.

Chromogenics har fram till nu huvudsakligen varit hänvisat till nybyggda hus där strömsladdar kunnat dras till fönstren. Med Peafowls celler räcker det att byta fönsterglaset. Därmed kan befintliga hus enkelt uppgraderas. Konkurrerande solcellsteknik har inte varit tillräckligt genomskinlig.

Peafowls film läggs som ett extra skikt över glaset. Det förändrar inte de optiska egenskaperna. Eftersom ytan är stor alstras utan problem den energi elektroniken behöver.

Det blir dessutom effekt över.

– Vi har funderat på vad den extra kraften ska kunna använda, till – kanske bädda in en extra sensor i glaset?

En sensor för utetemperaturen, till exempel – glaset kanske inte ska tonas när solen skiner en kall svensk vintermorgon.

Peafowl söker efter fler produkter att integrera sina solceller i. De ska ha profiler som passar den effekt och robusthet som Peafowls nuvarande teknik levererar.

Ibland kan solcellen helt reducera bort batteriet. Ibland åtminstone förlänga drifttiden. När IoT-noderna skalas upp till miljardvolymer kommer batteribyten att bli en logistisk mardröm, med varje byte många gånger dyrare än batteriet i sig. Energiskördning som förlänger drifttiden eller ersätter batterierna kommer att bli allt viktigare.

I ett annat kundutvecklings­projekt tittar Peafowl på låg­effektskärmar för exempelvis smarttaggar på varuhus. En tredje tillämpning är ­trådlösa sensornoder på strömsnåla ­standarder som Lora.

Men hur kan Peafowl tävla mot kiselsolceller och deras betydlig högre verkningsgrad?

– Jag säger alltid att om det går att göra med kisel kommer det att göras med kisel – det finns i överflöd, är billigt och har gott rykte. Men det finns lyckligtvis många situationer där kisel inte duger. Till exempel när estetik är viktigt.

Han berättar om det danska företaget som demonstrerade en egenutvecklad rumssensor med solcell. Kundens vd avfärdade den direkt.

– Inte för att den inte fungerande, utan för estetiken. Danska tak är vita. En svart sak i hörnet blev för distraherande.

Jacinto Sá citerar kundens vd:

– Det ser ut som en insekt och jag vill bara gå dit och krossa den!

– Jag tror att många sensorer kommer att finnas där de syns bra, och jag tror att utseendet ofta kommer att vara en avgörande parameter, inte bara en extrakrydda.

Jacinto Sá tror att fler än den danska vd:n kommer att tvär­vägra anskrämliga IoT-noder.

– Det blir svårt att acceptera sensorer överallt om de är fula och påträngande. Och de måste finnas överallt om de exempelvis ska styra en byggnad bra.

Dagens energi- och miljöproblemen måste få en lösning och med sitt estetiska bidrag till utvecklingen vill Jacinto Sá försäkra sig om att bra lösningar inte bromsas av den försmädliga detaljen att de är påträngande och oönskade.

En annan förutsättning för att Jacinto Sá skulle engagera sig i en industrialisering var att tekniken i sig var miljövänlig. Det gäller tyvärr inte alla solcellellstyper

Peafowl hoppas att något av kundprojekten ska resultera i en skarp produkt om 1–1,5 år.

Dessutom vidareutvecklar Peafowl tekniken i sig. Nästa recept kan kanske finnas klart om 3–5 år. Då hoppas Peafowl kunna skruva upp effekten och strömförsörja sensornoder som kanske både sänder och tar emot data, gör egna beräkningar och sköter styrning. Ett exempel vore en IoT-nod som tänder ljuset när folk finns i rummet.

Ytterligare nästa fas ligger på den allra yttersta forskningsfronten. Det är antagligen teoretiskt möjligt att skruva upp verkningsgraden väsentligt – kanske ända upp till 50 watt per kvadratmeter. Och ändå behålla färglös genomskinlighet. Då handlar det om effekter som exempelvis skulle kunna strömförsörja en laptop.

Jacinto Sá har patenterade idéer som han tror kan komma att fungera. En sådan solcell måste till exempel även absorbera IR-ljus.

Peafowl grundades 2018. Almi investerade fyra miljoner kronor i maj. Ytterligare en miljon kom från privata investerare.

Uppsala innovation ­center hjälpte till tidigt med att värdera om här fanns något värt att kommersialisera. Andra som gett stöd är Vinnova och EIT Innoenergy.

Jacinto Sá är universitetslektor vid institutionen för kemi-Ångström och i grunden kemist.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

– Men det är nog många som tror jag är fysiker, för jag har utvecklat mycket teknik för att studera de här processerna med laser och röntgen. Akademiskt är jag känd för mitt arbete med plasmonik och spektroskopi.

Bolaget Peafowl är snart sex personer. Jacinto Sá är inte bara vetenskaplig ledare utan också vd, men i den rollen kommer han snart att ersättas.

Hustrun Christina Paun är medgrundare. Hennes efternamn betyder påfågel – Peafowl.

Det är ingen slump. Påfågelfjädrar är egentligen bruna. De fantastiska färgerna uppstår genom interferenser i nanostrukturer i fjädrarna. Peafowls färgtoningar uppstår genom samma effekt – genom att formen på nanostrukturer modifieras.

 

Fysiken är så färsk att den knappt är förstådd


Peafowls 500 nm tunna solceller kommer att bläckstråletryckas på Acreo i Norrköping. De består av tre skikt – ett som samlar positiv laddning, ett som samlar negativ laddning, och Peafowls aktiva material däremellan.
 

Alla metalliska nanomaterial har ett så kallat plasmoniskt beteende. Jacinto Sá var den som bevisade, för sju år sedan, att ljus kunde slå ut elektroner och hål i plasmoniska material och generera elektricitet. Fram till dess hade plasmonik handlat om att generera höga temperaturer.

Kunskaperna om fysiken är så färska att alla hans resultat inte publicerats ännu.

Plasmoniska material är oerhört duktiga på att fånga upp ljus. Därför kan de byggas närmast genomskinliga.

Ingen kan ännu säga något bestämt om den teoretiska verkningsgraden. Det är komplicerat. En foton kan till exempel generera flera elektroner och ge en ”verkningsgrad” över 100 procent.

MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)