Laatste nieuws:

GRONINGEN, 14 mei 2012 10:35

Doorbraak voor plastic zonnecellen

Plastic zonnecellen kunnen net zo’n hoog rendement halen als 'klassieke' zonnecellen van silicium. Aan de hand van theoretische modellen hebben onderzoekers van de FOM-focusgroep aan de Rijksuniversiteit Groningen, samen met een collega van de Universiteit van Denver, laten zien welke wegen naar de 'Next Generation' plastic zonnecellen kunnen leiden.

Een bushokje in San Francisco met een dak van plastic zonnecellen. (foto: Matthew Roth) '
Een bushokje in San Francisco met een dak van plastic zonnecellen. (foto: Matthew Roth)
1/1

Plastic zonnecellen hebben een paar belangrijke voordelen boven gewone zonnecellen van silicium. Ze zijn goedkoop te maken uit eenvoudige grondstoffen, licht en flexibel en dus te verwerken in bijvoorbeeld kleding of rugzakken. Maar de opbrengst is niet zo geweldig; waar de gangbare zonnepanelen zo'n vijftien tot twintig procent van het zonlicht in energie omzetten, blijven plastic zonnecellen nu nog ruim onder de tien procent steken.

"Er heerst een soort minderwaardigheidsgevoel onder wetenschappers die aan plastic zonnecellen werken", zegt hoogleraar organische chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen prof.dr. Kees Hummelen, een van de pioniers van de plastic zonnecel. "Ze denken dat hun zonnecellen nooit zo goed worden als die van silicium." Rendementen boven de veertien procent lijken onmogelijk, zeggen veel deskundigen.

Meer dan twintig procent rendement

Het resultaat van alle berekeningen is een artikel dat omschrijft aan welke voorwaarden nieuwe materialen voor plastic zonnecellen moeten voldoen. Hoe die materialen er precies uitzien, is nog niet bekend. "Daar zijn we natuurlijk mee bezig", zegt Hummelen. "Maar dat is een enorme zoektocht. Daarom hebben we dit nu gepubliceerd, zodat zoveel mogelijk andere onderzoeksgroepen kunnen mee zoeken." De berekeningen laten zien dat een plastic zonnecel met een rendement van meer dan twintig procent goed mogelijk is. "Het betekent dat ze zelfs beter kunnen worden dan silicium zonnecellen", lacht Hummelen. Hij wijst op een schoudertas met een plastic zonnecel zo groot als een A4-tje erop. "Daar kan je nu net je iPod mee opladen. Met de Next Generation plastic zonnecellen moet je laptop erop kunnen lopen."

Organische moleculen en polymeren

Hummelen, leider van de  begin 2011 gestarte FOM-focusgroep die de komende tien jaar werkt aan de 'Next Generation' organische zonnecel, kreeg twee jaar geleden een ingeving die leidde tot een uitgebreid theoretisch onderzoek naar de mogelijkheden van zonnecellen die uit organische moleculen en/of polymeren (plastics) bestaan. De basis hiervoor werd gelegd in een project binnen het FOM Joint Solar Programme, waarin Hummelen nauw samenwerkte met prof. Sean Saheen (Denver University) en dr. Jan Anton Koster (RUG). "Traditioneel gebruiken onderzoekers in dit veld apolaire verbindingen om hun zonnecellen te maken." Dit zijn olieachtige stoffen, waarin bijvoorbeeld geladen ionen slecht oplossen. "Maar zo kunnen ze ook elektrische ladingen maar moeilijk verwerken." En dat is precies wat een zonnecel goed moet doen: vrije ladingen die het invallend zonlicht in de zonnecel produceert, moeten netjes naar buiten worden geleid.

Samen met zijn collega's bekeek Hummelen wat er zou gebeuren wanneer ze het zonlicht met polaire of polariseerbare moleculen zouden opvangen. Net als bijvoorbeeld water zijn die ongeladen, maar ze hebben wel een plus- en een minpool of ze kunnen die gemakkelijk tijdelijk vormen. Het materiaal krijgt daardoor een hoge diëlectrische constante. Het onderzoek gebeurde met behulp van een computermodel dat de efficiëntie waarmee nieuwe materialen zonlicht in stroom omzetten kan uitrekenen. De uitkomst was dat door gebruik van zulke materialen de efficiëntie van de zonnecellen er flink op vooruitging.

Energieverlies minimaliseren

Verder keken de drie nog naar een aantal eigenschappen van het lichtgevoelige materiaal, zoals de kleur en de manier waarop donor en acceptor samenwerken. In een zonnecel ontstaat stroom doordat een lichtdeeltje (foton) een elektron in het donormateriaal extra energie geeft. Daarna kan het overspringen naar een acceptor, die daarmee een negatieve lading krijgt. "De sprong die zo'n elektron maakt kost energie. Door donor en acceptor optimaal op elkaar af te stemmen, kun je het energieverlies minimaliseren. In ons artikel laten we zien wat de gevolgen hiervan zijn voor de efficiëntie."

Daarnaast veranderen sommige moleculen van vorm wanneer ze een elektron opnemen of afstaan. "Dat kost ook energie, die in de vorm van warmte verloren gaat. Terwijl je wilt dat de cel zoveel mogelijk stroom produceert", zegt Hummelen. Ook hierbij is berekend hoe groot de vormverandering mag zijn om niet te veel efficiëntie te verliezen.

'Pathways to a new efficiency regime for organic solar cells', L.J.A. Koster, S.E. Shaheen and J.C. Hummelen, Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.201200103. 

Reacties

Er zijn nog geen reacties op dit artikel.

Hier kunt u een reactie plaatsen bij het bericht .
Uw e-mailadres zal niet op de website worden getoond.
Uw naam *
Uw E-mail *
Uw bericht *
  robot check
Vul de code van bovenstaand plaatje in.

Van onze partners meer (6)...

Bege Aandrijftechniek BV

B&R Industriele Automatisering BV

Perfection in Automation  

Rollon Lineairtechniek BV

EUCHNER (Benelux) BV

Pilz Nederland

Rotero Holland bv

Vacatures

ab op Twitter

TwitterlogoVolg ab nu ook op Twitter!

Onze accountnaam is: @aenb

Agenda meer (29)

6 september 2017 - Den Haag
10 jaar Platform Schone Scheepvaart
12 september 2017 - Hilvarenbeek, Hilvaria Studio’s
AluminiumNext
13 september 2017 - Garching (D), FZG, TU München
7th International Conference on Gears 2017
19 september 2017 - Hardenberg - Evenementenhal
Technische Industriële Vakbeurs
21 september 2017 - Vianen, Pilz Nederland
Vrouwen in de techniek
28 september 2017 - Barneveld, Midden Nederland Hallen
Business Software Event 2017
3 oktober 2017 - Maarssen, De Fabrique
Engineering in Food and Beverage
4 oktober 2017 - Eindhoven, Van der Valk Hotel
Software-Centric Systems Conference

Geen nieuws meer missen?

Meldt u dan direct aan voor de gratis ab nieuwsbrief.

 

Knop nieuwsbriefMet de gratis ab nieuwsbrief wordt u wekelijks op de hoogte gehouden over het aandrijven en besturen nieuws. U ontvangt wekelijks het laatste nieuws en elke maand een themanieuwsbrief.

 

Direct aanmelden