211service.com
Plastic zonnecellen duwen
Kunststof zonnecellen zijn lichtgewicht, flexibel en vooral goedkoop te maken. Maar tot nu toe waren deze apparaten te inefficiënt om voor de meeste toepassingen te concurreren met siliciumzonnecellen. Nu beweren onderzoekers van een paar instellingen dat ze polymere zonnecellen hebben gemaakt met een recordrendement. Deze cellen zijn nog steeds niet goed genoeg om te concurreren met silicium, maar de efficiëntie van polymeren is met ongeveer 1 procent per jaar toegenomen. Als ze dat kunnen volhouden, zeggen onderzoekers, gaan plastic zonnecellen binnen enkele jaren de concurrentie aan met silicium.
Krachtige polymeren: Deze illustratie toont de verschillende lagen waaruit een nieuwe plastic zonnecel bestaat met een bijna perfecte interne efficiëntie. Van onder naar boven zijn de lagen glas, een transparante elektrode, twee polymeerlagen, een titaniumoxidelaag die licht herverdeelt en een aluminiumelektrode.
Deze week, in de online editie van Natuurfotonica , rapporteerden onderzoekers over polymere zonnecellen die ongeveer 6,1 procent van de energie in zonlicht omzetten in elektriciteit - iets dichter bij de 10 procent die volgens hen nodig zal zijn om een aanzienlijke voet aan de grond te krijgen op de markt. (Conventionele siliciumcellen zijn ongeveer 15 procent efficiënt.) De nieuwe efficiëntiecijfers laten zien dat we in het spel zitten, zegt Alan Heeger , een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, die het onderzoek leidde. Heeger deelde de Nobelprijs voor Scheikunde in 2000 voor zijn rol in de ontwikkeling van de eerste geleidende polymeren, en hij is medeoprichter en hoofdwetenschapper bij Konarka , een plastic zonnecelbedrijf met hoofdkantoor in Lowell, MA.
De resultaten van de Californische onderzoekers steken zeer gunstig af bij eerder gepubliceerde beschrijvingen van polymere zonnecellen, waarvan de efficiëntie rond de 5 procent schommelt. Konarka zegt dat de cellen van het bedrijf, die andere materialen gebruiken dan de cellen die in het universiteitslab van Heeger zijn gemaakt, onlangs zijn beoordeeld op ongeveer 6,4 procent. En een concurrent in San Mateo, CA, genaamd Zonne-energie heeft plastic cellen gemaakt met vergelijkbare efficiëntie, aldus een gelieerde onderzoeker.
Plastic zonnecellen, hoe goed ontworpen ook, hebben intrinsieke limieten die worden bepaald door de polymeren waaruit hun actieve laag bestaat. De tot nu toe gemaakte polymeren kunnen alleen relatief smalle lichtbanden absorberen. Het is mogelijk om hun energieconversie-efficiëntie te verhogen door films van polymeren te stapelen die zijn ontworpen om verschillende lichtbanden op te vangen; De groep van Heeger heeft hier in het verleden trouwens al enig succes mee gehad. Maar deze aanpak heeft een groot nadeel. Gelaagdheid is zelfvernietigend omdat je de fabricagekosten verhoogt, zegt Luping Yu , een professor in de organische chemie aan de Universiteit van Chicago, die ook werkt aan zonnecellen.
Een manier om de prestaties van deze cellen te verbeteren, is door ervoor te zorgen dat elk afzonderlijk foton dat door de polymeren wordt geabsorbeerd, wordt omgezet in een elektron dat kan worden verzameld. De groep van Heeger verhoogde de algehele efficiëntie van zijn cellen door deze interne efficiëntie te verbeteren. Hoe goed elektronen binnen deze films kunnen bewegen, hangt af van de kwaliteit van het grensvlak tussen de twee componenten waaruit de film bestaat: in de cel van de Universiteit van Californië zijn dit een geleidend polymeer en een versie van een voetbalvormige koolstofverbinding genaamd een fullereen. Heeger's groep testte films gemaakt van verschillende verhoudingen van deze twee componenten, evenals verschillende oplosmiddelen om ze te verwerken.
Het resultaat is een cel met een bijna perfecte interne efficiëntie. Al het licht dat is geabsorbeerd, is omgezet in ladingen, zegt Zhenan Bao , een universitair hoofddocent chemische technologie aan de Stanford University, die niet betrokken was bij het onderzoek. Deze groep heeft zeer goede engineering gedaan op de cellen.
Ik ben enthousiast over de voortgang, zegt Contact opnemen met Yang , een professor in materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Je duwt het record stapsgewijs. Heeger is het ermee eens: de grootte van de markt hangt af van de kosten in dollars per watt, dus elke efficiëntieverhoging is belangrijk.
Hoewel Yang, Bao en Heeger zeggen dat de door Heeger's groep behaalde cijfers een belangrijke demonstratie zijn van het potentieel van polymere zonnecellen, erkennen ze allemaal dat bestaande materialen niet degenen zullen zijn die de industrie vooruit zullen helpen. Tien procent [efficiëntie] zou een doorbraak zijn, zegt Heeger. We komen daar door nieuwe materialen te synthetiseren die reageren op meer van het energiespectrum.
Organische materialen zijn nog steeds beperkt tot zichtbaar licht, zegt Yang, maar veel van de zonne-energie bevindt zich in het aangrenzende deel van het spectrum - het infrarood - dus polymeerwetenschappers werken aan zonnecelmaterialen die deze band ook kunnen absorberen. Yu van de Universiteit van Chicago, die samenwerkt met Solarmer Energy, zegt dat het bedrijf zijn polymeren, die licht met een kortere golflengte absorberen, heeft gebruikt om cellen te maken die een efficiëntie van meer dan 7 procent zouden moeten halen, maar hij kan de details niet onthullen omdat de resultaten zijn nog niet gepubliceerd.