211service.com
Een materiaal dat zonne-energie vuil goedkoop kan maken
Een nieuw type zonnecel, gemaakt van een materiaal dat aanzienlijk goedkoper te verkrijgen en te gebruiken is dan silicium, zou evenveel stroom kunnen opwekken als de huidige standaardzonnecellen.
Hoewel het potentieel van het materiaal net begint te worden begrepen, heeft het de aandacht getrokken van 's werelds toonaangevende zonneonderzoekers, en verschillende bedrijven zijn al bezig om het te commercialiseren.
Onderzoekers die de technologie ontwikkelen, zeggen dat het zou kunnen leiden tot zonnepanelen die slechts 10 tot 20 cent per watt kosten. Zonnepanelen kosten nu doorgaans ongeveer 75 cent per watt, en het Amerikaanse ministerie van Energie zegt dat zonne-energie met 50 cent per watt kan concurreren met fossiele brandstoffen.
In het verleden werden zonne-onderzoekers in twee kampen verdeeld in hun zoektocht naar goedkopere zonne-energie. Sommigen hebben gezocht naar zonnecellen die heel goedkoop kunnen worden gemaakt, maar die als nadeel hebben dat ze relatief inefficiënt zijn. De laatste tijd hebben meer onderzoekers zich gericht op het ontwikkelen van cellen met een zeer hoog rendement, zelfs als daarvoor duurdere productietechnieken nodig zijn.
Het nieuwe materiaal maakt het misschien mogelijk om het beste van twee werelden te krijgen: zonnecellen die zeer efficiënt maar ook goedkoop te maken zijn.
Een van 's werelds beste zonneonderzoekers, Martin Groen van de Universiteit van New South Wales, Australië, zegt dat de snelle vooruitgang verrassend is. Zonnecellen die het materiaal gebruiken, kunnen worden gemaakt met zeer eenvoudige en potentieel zeer goedkope technologie, en het rendement neemt zeer dramatisch toe, zegt hij.
Perovskieten zijn al meer dan een eeuw bekend, maar tot voor kort dacht niemand eraan om ze in zonnecellen te proberen. Het specifieke materiaal dat de onderzoekers gebruiken, is heel goed in het absorberen van licht. Terwijl conventionele siliciumzonnepanelen materialen gebruiken die ongeveer 180 micrometer dik zijn, gebruiken de nieuwe zonnecellen minder dan één micrometer materiaal om dezelfde hoeveelheid zonlicht op te vangen. Het pigment is een halfgeleider die ook goed is in het transporteren van de elektrische lading die ontstaat wanneer er licht op valt.
Het materiaal is spotgoedkoop, zegt Michael Grätzel, die in de zonne-industrie beroemd is vanwege het uitvinden van een type zonnecel dat zijn naam draagt. Zijn groep heeft tot nu toe de meest efficiënte perovskiet-zonnecellen geproduceerd - ze zetten 15 procent van de energie in zonlicht om in elektriciteit, veel meer dan andere goedkoop te maken zonnecellen. Op basis van de prestaties tot nu toe en de bekende lichtconversie-eigenschappen, zeggen onderzoekers dat de efficiëntie gemakkelijk kan oplopen tot 20 tot 25 procent, wat even goed is als de recordrendementen (meestal bereikt in laboratoria) van de meest voorkomende typen van zonnecellen vandaag. Het rendement van in massa geproduceerde zonnecellen kan lager zijn. Maar het is logisch om de laboratoriumefficiëntie van de perovskietcellen te vergelijken met de laboratoriumgegevens voor andere materialen. Grätzel zegt dat perovskiet in zonnecellen waarschijnlijk een vergevingsgezind materiaal zal blijken te zijn dat hoge efficiëntie behoudt bij massaproductie, aangezien de productieprocessen eenvoudig zijn.
Perovskiet-zonnecellen kunnen worden gemaakt door het pigment op een glas- of metaalfolie uit te spreiden, samen met een paar andere materiaallagen die de beweging van elektronen door de cel vergemakkelijken. Dit zijn niet helemaal de opgespoten zonnecellen die sommige mensen zich hadden voorgesteld - een sci-fi-ideaal om elk oppervlak onmiddellijk om te zetten in een oppervlak dat elektriciteit kan opwekken - maar het proces is zo eenvoudig dat het dichtbij komt. Het is hoogst onwaarschijnlijk dat iemand ooit in staat zal zijn om zomaar een bak 'zonneverf' te kopen, maar alle lagen in de zonnecel kunnen net zo gemakkelijk worden gefabriceerd als het schilderen van een oppervlak, zegt Henry Snaith, een natuurkundige aan de Universiteit van Oxford, die , in samenwerking met onderzoekers in Azië, heeft enkele van de beste efficiënties voor het nieuwe type zonnecel gepost.
Toen in 2009 voor het eerst perovskieten in zonnecellen werden geprobeerd, was de efficiëntie laag: ze zetten slechts ongeveer 3,5 procent van de energie in zonlicht om in elektriciteit. De cellen gingen ook niet lang mee, omdat een vloeibaar elektrolyt het perovskiet oploste. Onderzoekers hadden nauwelijks genoeg tijd om ze te testen voordat ze stopten met werken. Maar vorig jaar losten een paar technische innovaties - manieren om een vloeibare elektrolyt te vervangen door vaste materialen - die problemen op en begonnen onderzoekers aan een race om steeds efficiëntere zonnecellen te produceren.
Tussen 2009 en 2012 was er slechts één papier. Toen aan het eind van de zomer van 2012 begon het allemaal, zegt Snaith. De efficiëntie verdubbelde snel en verdubbelde toen weer. En de efficiëntie zal naar verwachting blijven groeien als onderzoekers technieken toepassen waarvan is aangetoond dat ze de efficiëntie van andere zonnecellen verbeteren.
Snaith werkt aan de commercialisering van de technologie via een startup genaamd Oxford Photovoltaics, die $ 4,4 miljoen heeft opgehaald. Grätzel, wiens oorspronkelijke zonneceltechnologie nu wordt gebruikt in consumentenproducten zoals rugzakken en iPad-hoezen, geeft de nieuwe technologie in licentie aan bedrijven die als doel hebben conventionele siliciumzonnepanelen over te nemen voor grootschalige productie van zonne-energie.
Net als elke andere nieuwkomer op de zeer competitieve markt voor zonnepanelen, zullen perovskieten moeite hebben om siliciumzonnecellen aan te nemen. De kosten van siliciumzonnecellen dalen, en sommige analisten denken dat ze uiteindelijk tot 25 cent per watt kunnen dalen, wat het grootste deel van het kostenvoordeel van perovskieten zou wegnemen en de prikkel om in de nieuwe technologie te investeren zou verminderen. Het fabricageproces voor perovskiet-zonnecellen - dat zo simpel kan zijn als het verspreiden van een vloeistof over een oppervlak of dampafzetting, een ander grootschalig fabricageproces - zal naar verwachting eenvoudig zijn. Maar historisch gezien heeft het meer dan een decennium geduurd om nieuwe zonneceltechnologieën op te schalen, en over een decennium kunnen siliciumzonnecellen te ver vooruit zijn om te vangen.
Green zegt dat een mogelijkheid zou kunnen zijn om perovskieten te gebruiken om siliciumzonnecellen te vergroten in plaats van te vervangen. Het is misschien mogelijk om perovskieten op conventionele siliciumzonnecellen te schilderen om hun efficiëntie te verbeteren en zo de totale kosten per watt voor zonnecellen te verlagen. Dit is misschien een gemakkelijkere manier om door te breken op de markt voor zonne-energie dan te proberen een geheel nieuw soort zonnecel te introduceren.
Een uitdaging kan het feit zijn dat het materiaal een kleine hoeveelheid lood bevat, wat giftig is. Er zullen tests nodig zijn om aan te tonen hoe giftig het is als onderdeel van het perovskietmateriaal. Er kunnen ook maatregelen worden genomen om ervoor te zorgen dat de zonnecellen worden ingezameld en gerecycled om te voorkomen dat de materialen in het milieu terechtkomen - de aanpak die nu wordt gevolgd met de loodzuurstartaccu's die in auto's worden gebruikt. Het kan ook mogelijk zijn om lood in de cellen te vervangen door tin of een ander element.