211service.com
Goedkope kleurstofgevoelige zonnecel gaat richting commercialisering
Eenvoudig te maken zonnecellen die licht vangen met kleurstoffen hebben een indrukwekkende reeks wetenschappelijke onderscheidingen gewonnen, waaronder de Millennium Technologieprijs in 2010. Toch hebben ze sinds hun uitvinding in 1988 weinig commerciële impact gehad.
Een nieuw ontwerp dat vorige week door onderzoekers van de Northwestern University werd gerapporteerd, zou dat kunnen veranderen door een apparaat te leveren dat de inherente aansprakelijkheid van de kleurstof-gesensibiliseerde zonnecel elimineert: de lekgevoelige en corrosieve vloeibare elektrolyt.
In tegenstelling tot dunnefilm- en siliconenpanelen, kunnen op kleurstof gebaseerde panelen worden geproduceerd in goedkope roll-to-roll-processen die vergelijkbaar zijn met printen. Dus zelfs als ze minder efficiënt zijn dan siliciumzonnecellen, kunnen ze kosteneffectief blijken te zijn.
De noordwestelijke ontwikkeling is slechts de laatste in een reeks van vorderingen in wat Michael McGehee , directeur van het Center for Advanced Molecular Photovoltaics van Stanford University, onlangs genoemd a renaissance in kleurstofgevoelige cellen . Recente ontwikkelingen in het veld zouden deze elegante wetenschappelijke curiositeiten eindelijk kunnen transformeren in praktische apparaten voor het opwekken van energie.
In een kleurstofgevoelige zonnecel wekt binnenkomend licht een poreuze laag titaniumoxide op die is bedekt met een kleurstof, waardoor negatieve en positieve ladingen worden gegenereerd. De negatieve ladingen - opgewonden elektronen - stromen uit de cel door het titaniumoxide, terwijl positieve ladingen in een vloeibaar elektrolyt stromen. Net als bij met elektrolyt gevulde alkalinebatterijen is lekkage een altijd aanwezig gevaar, vooral bij zonnepanelen die onderhevig zijn aan extreme weersinvloeden. Elektrolyten die worden verwarmd tot 80°C (bijvoorbeeld op een dak) kunnen uitzetten en de afdichting van het paneel verbreken. De op jodium gebaseerde elektrolyt van de kleurstofcellen is ook corrosief genoeg om zelfs door roestbestendige metalen zoals aluminium en roestvrij staal heen te eten.
Scheikundige van de Northwestern University Mercouri Kanatzidis , materiaalwetenschapper Robert Chang , en twee afgestudeerde studenten vervingen de vloeibare elektrolyt van de kleurstofcellen door een vaste op jodium gebaseerde halfgeleider. Terwijl eerdere solid-state-ontwerpen het vermogen van kleurstofcellen hebben verminderd, verbetert het Northwestern-ontwerp de prestaties, zeggen de onderzoekers, omdat de cesium-tin-jodium-halfgeleider die de vloeibare elektrolyt vervangt, ook licht absorbeert. Ons materiaal absorbeert eigenlijk meer licht dan de kleurstof zelf, zegt Kanatzidis.
In een rapport in Natuur vorige week beweert het Northwestern-team dat zijn cel 10,2 procent van het binnenkomende licht omzet in elektriciteit - veel hoger dan de 7 procent efficiëntie van de beste bestaande vastestofkleurstofcellen. Sean Shaheen , een expert in organische fotovoltaïsche energie aan de Denver University, zegt dat de efficiëntie van de Northwestern-cel onder standaard meetomstandigheden dichter bij 8 procent zou liggen. Maar Shaheen zegt dat het nog steeds een belangrijke ontwikkeling is voor kleurstofcellen.
Kanatzidis zegt dat het mogelijk zou kunnen zijn om het ontwerp te commercialiseren als de efficiëntie van de cellen boven de 11 procent kan worden geduwd. Dat is lager dan het rendement van 12 tot 16 procent van commerciële dunnefilmzonnepanelen en ver onder het rendement van siliciumpanelen. Maar de productiekosten van op kleurstof gebaseerde cellen zouden ook lager moeten zijn.
Australische zonne-ontwikkelaar kleurstof streeft naar goedkope verwerking om conventionele kleurstof-zonnetechnologie te commercialiseren, inclusief vloeibare elektrolyt. De strategie is om op kleurstof gebaseerde zonne-energie te integreren in bouwmaterialen zoals glazen hoogbouwpanelen en stalen dakplaten. In maart plaatste de Zuid-Koreaanse joint venture-partner van Dyesol, Timo Technology, glaspanelen op een gebouw in Seoul. En Dyesol werkt samen met het Indiase Tata Steel om dakbedekking van kleurstof met zonne-energie te ontwikkelen.
Damion Milliken, de onderzoeks- en ontwikkelingsmanager van Dyesol, houdt vol dat vloeibare elektrolyten kunnen worden opgevangen. Dyesol en anderen hebben apparaten geproduceerd met een uitstekende stabiliteit op lange termijn die zijn onderworpen aan versnelde tests die overeenkomen met een levensduur van 25 jaar en langer, zegt Milliken. De technologie is commercieel levensvatbaar.