211service.com
Spray-on Solar Goes Dubbeldekker
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Toronto heeft de eerste tweelaagse zonnecel gemaakt die bestaat uit lichtabsorberende nanodeeltjes die quantum dots worden genoemd. Quantum dots, die kunnen worden afgestemd om verschillende delen van het zonnespectrum te absorberen door hun grootte te variëren, werden gezien als een veelbelovende route naar goedkope zonnecellen omdat de deeltjes net als verf op oppervlakken kunnen worden gespoten. Maar cellen op basis van deze technologie waren te inefficiënt om praktisch te zijn. Door een manier te ontdekken om twee verschillende soorten kwantumstippen in een zonnecel te combineren, zouden de onderzoekers de weg kunnen openen om dergelijke cellen veel efficiënter te maken.
Zonnepunten: Elk van deze 16 stippen is een zonnecel die bestaat uit nanoscopische deeltjes die kwantumdots worden genoemd.
Conventionele zonnecellen zijn afgestemd om licht van slechts één golflengte om te zetten in elektriciteit; de rest van het zonnespectrum gaat er doorheen of wordt inefficiënt omgezet. Om een groter percentage van de energie in zonlicht te benutten, stapelen fabrikanten soms materialen op elkaar die zijn ontworpen om verschillende delen van het spectrum vast te leggen. Een tweelaagse cel, een tandem-junctiecel genoemd, kan theoretisch 42 procent efficiëntie bereiken, vergeleken met een maximale theoretische efficiëntie van 31 procent voor cellen met een enkele laag.
In de cel van de Toronto-onderzoekers is een laag kwantumstippen afgestemd om zichtbaar licht op te vangen en de andere om infrarood licht op te vangen. De onderzoekers vonden ook een manier om de elektrische weerstand tussen de lagen te verminderen, een probleem dat het uitgangsvermogen van een tweelaagse cel kan beperken. Ze introduceerden een overgangslaag, bestaande uit vier films van verschillende metaaloxiden, die de weerstand mooi laag houdt, zegt Ted Sargent, een professor in elektrische en computertechnologie die het onderzoek leidde aan de Universiteit van Toronto. De onderzoekers kozen voor deze laag transparante oxiden, die het licht doorlaten naar de onderste cel.
Het resultaat, beschreven deze week in het journaal Natuurfotonica, is een tandem-junctiecel die een breed spectrum van het spectrum opvangt en een efficiëntie van 4,2 procent heeft. Sargent zegt dat de aanpak kan worden gebruikt om drielagige en zelfs vierlagige lagen te maken, wat nog beter zou kunnen zijn. Het doel van het team is om binnen vijf jaar de 10 procent efficiëntie te overschrijden en van daaruit te blijven verbeteren. Conventionele zonnepanelen zijn ongeveer 15 procent efficiënt, maar quantum-dot-cellen met iets minder efficiëntie kunnen nog steeds een voorsprong hebben in termen van totale kosten voor zonne-energie als ze aanzienlijk goedkoper blijken te zijn om te produceren.
John Asbury, hoogleraar scheikunde aan de Penn State University, zegt dat het U of T-team de theoretische efficiëntie van de technologie heeft verhoogd van 30 procent tot bijna 50 procent door de mogelijkheid te openen om meerlaagse cellen te maken van kwantumstippen. Maar om in de buurt van dat soort efficiëntie te komen, zal veel werk nodig zijn om opgesloten toestanden te elimineren - plaatsen in het quantum-dot-materiaal waar elektronen vast kunnen komen te zitten. Het probleem met kwantumdots is dat elektronen een grote kans hebben om de elektroden niet te bereiken waar ze kunnen worden verzameld, dus dat heeft hun efficiëntie beperkt, zegt hij. Om echt impact te hebben, moet je strategieën ontwikkelen om deze gevangen staten te controleren.