211service.com
Zonnecellen die rood zien
Onderzoekers van Stanford University hebben een reeks materialen aangetoond waarmee zonnecellen een band van het zonnespectrum kunnen gebruiken die anders verloren zou gaan. De materialen die op de achterkant van zonnecellen zijn aangebracht, zouden rood en nabij-infrarood licht - onbruikbaar door de huidige zonnecellen - omzetten in licht met een kortere golflengte dat de cellen in energie kunnen omzetten. De universitaire onderzoekers gaan samenwerken met de Bosch onderzoeks- en technologiecentrum in Palo Alto, Californië, om in de komende vier jaar een systeem in werkende zonnecellen te demonstreren.
Lichtschakelaar: In een proces dat zonnecellen efficiënter zou kunnen maken, wordt groen laserlicht omgezet in blauw licht door een oplossing van kleurstoffen en metalen nanodeeltjes.
Zelfs de beste van de huidige siliciumzonnecellen kunnen ongeveer 30 procent van het licht van de zon niet gebruiken: dat komt omdat de actieve materialen in zonnecellen geen interactie kunnen hebben met fotonen waarvan de energie te laag is. Maar hoewel elk van deze individuele fotonen een lage energie heeft, vertegenwoordigen ze als geheel een grote hoeveelheid onaangeboorde zonne-energie die zonnecellen meer kostenconcurrerend zou kunnen maken.
Het proces, upconversie genaamd, is gebaseerd op kleurparen die fotonen van een bepaalde golflengte absorberen en ze opnieuw uitzenden als minder fotonen met een kortere golflengte. In dit geval zullen de onderzoekers van Bosch en Stanford werken aan systemen die nabij-infrarode golflengten omzetten (waarvan de meeste onbruikbaar zijn door de huidige zonnecellen). De leider van de Stanford-groep, assistent-professor Jennifer Dionne, gelooft dat de groep de conversie-efficiëntie van zonlicht naar elektriciteit van zonnecellen van amorf silicium kan verbeteren van 11 procent naar 15 procent.
Het concept van opconversie is niet nieuw, maar het is nog nooit aangetoond in een werkende zonnecel, zegt Inna Kozinsky, senior engineer bij Bosch. Upconversie vereist typisch twee soorten moleculen om fotonen met relatief hoge golflengte te absorberen, hun energie te combineren en deze opnieuw uit te zenden als fotonen met een hogere energie en een lagere golflengte. De kans dat de moleculen elkaar op het juiste moment tegenkomen wanneer ze zich in de juiste energetische toestand bevinden, is echter klein. Dionne ontwikkelt nanodeeltjes om aan deze systemen toe te voegen om die kansen te vergroten. Om betere opconversiesystemen te maken, ontwerpt Dionne metalen nanodeeltjes die werken als kleine optische antennes, die het licht in deze kleurstofsystemen zo richten dat de kleurstoffen op het juiste moment aan meer licht worden blootgesteld, waardoor er meer omhooggeconverteerd licht ontstaat. uiteindelijk meer van dat geconverteerde licht uit het systeem.
De ultieme visie, zegt Dionne, is om een solide te creëren. Vellen van een dergelijk materiaal zouden op de bodem van de cel kunnen worden gelegd, gescheiden van de cel zelf door een elektrisch isolerende laag. Fotonen met een lage golflengte die door de actieve laag gaan, zouden worden geabsorbeerd door de upconverter-laag en vervolgens opnieuw worden uitgezonden in de actieve laag als bruikbaar licht met een hogere golflengte.
Kozinsky zegt dat het doel van Bosch is om in drie jaar op-conversie van rood licht in werkende zonnecellen en op-conversie van infrarood licht in vier jaar aan te tonen. Rekening houdend met de tijd die nodig is om op te schalen naar productie, zegt ze, zou de technologie over zeven tot tien jaar in de commerciële zonnecellen van Bosch kunnen zijn.