Under den senaste veckan har Solcellsforskare inom kemi och fysik vid Karlstads universitet utfört sitt arbete i tyngdlöshet i ett flygplan. Vid Novespace anläggning i franska Bordeaux genomfördes under tre dagar forskningen i denna unika miljö. Syftet är att bättre förstå hur strukturen av det aktiva lagret på solcellen bildas.
- Vi var fyra personer som åkte och ingen av oss hade gjort något liknande tidigare, säger Jan van Stam, professor i fysikalisk kemi vid Karlstads universitet. Men efter ett drygt års förberedelser har vi nu varit i Bordeaux och haft tillgång till denna unika miljö för våra studier av solcellens aktiva lager, det lager där solljuset omsätts till elektricitet. Det var mycket spännande eftersom den här typen av experiment inte utförts vid parabelflygningar tidigare.
En vecka innan flygningarna genomfördes var forskarna på plats för att gå igenom säkerheten och montera all utrustning i planet. Det var från Karlstads universitet förutom Jan van Stam även Leif Ericsson, forskningsingenjör, och Ishita Jalan, doktorand i kemi. Från Chalmers var Sandra Hultmark, doktorand i materialvetenskap med.
- Vi åkte ner med fyra pallar med utrustning, i princip ett helt kemilabb hade vi med oss, säger Jan van Stam. Utrustningen var specialbyggd för att kunna fungera i tyngdlöshet, till exempel får ju inte vätskor kunna läcka ut. Det tog nästan ett år att bygga utrustningen och till vår hjälp hade vi Rymdbolaget i Stockholm, som har erfarenhet av detta.
Forskning utan gravitation
Flygningarna går till så att man gör en brant stigning med planet, därefter försätter man planet i fritt fall och då blir gravitationen nära noll för en kort stund, så kallad parabelflygning. Under den tiden kan experimenten genomföras utan påverkan av gravitationen.
- Under cirka 30 sekunder stiger planet brant 3 000 meter och under början av stigningen uppstår hypergravitation, det vill säga man pressas nedåt och vikten ökar nästan till det dubbla, säger Jan van Stam. Därefter fortsätter planet i en båge, ungefär som när man kastar en boll, och under cirka 20 sekunder är det nästan noll gravitation. En märklig känsla eftersom vår förnimmelse av kroppen försvinner när man är tyngdlös. Så upprepades detta med 30 parabler under en flygtur. Det är nog förståeligt varför höga doser av åksjukemedicin var nödvändiga för att klara jobbet vi var där för att göra
Polymera solceller
Karlstads universitet har sedan många år en framgångsrik forskning om polymera solceller och nu ska resultaten från experimenten analyseras. Därefter kommer planeringen av kommande experiment och tanken är att även nästa höst åka tillbaka till Novespace i Frankrike för fortsatta experiment i tyngdlöst tillstånd.
- Den här forskningen kommer att bidra till förståelsen för torkningsprocessen, säger Jan van Stam. Det vill säga det aktiva lagrets övergång från lösning till fast, tunn, film. När man tar bort gravitationen går fasseparationen, det är när de lösta ämnena separeras från varandra, långsammare och det är då möjligt att studera hur materialets struktur förändras mer i detalj. Det är ungefär som när en sås skär sig. Att kunna förstå och kontrollera den processen har stor betydelse för prestandan och produktionen när det gäller polymera solceller.
För att få tillgång till parabelflygningsmiljön krävs att projektet blir vetenskapligt godkänt och att man säkrat finansieringen. Vid Novespace genomförs dessa flygningar två gånger om året på uppdrag av ESA, den europeiska motsvarigheten till NASA, och varje gång är flera forskningsteam från olika länder med samtidigt. Vid det här aktuella tillfället var tolv stycken projekt från hela Europa med på flygningarna, varav två studentprojekt med särskilt stöd från ESA.
De vetenskapliga frågeställningarna i det här projektet är centrala i det av Karlstads universitet ledda solenergiprojektet SOLA-konsortiet, med deltagare från fyra svenska lärosäten och finansierat av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse. Rymdstyrelsens bidrag, som finansierat forskargruppens deltagande, består av 2,6 miljoner kronor till forskningen vid Karlstads universitet och ytterligare 1,5 miljoner kronor till utrustning. Rymdstyrelsen är den myndighet som har ansvar för statligt finansierad nationell och internationell rymdverksamhet i Sverige vad gäller forskning och utveckling.