Wetenschappers bouwen zeer efficiënte transparante zonnecellen

• Onderzoekers ontwikkelen energie-efficiënte transparante zonnecellen met behulp van silicium microdraadcomposieten.
• Naast geabsorbeerd zonlicht gebruiken deze zonnecellen ook gereflecteerde stralen om energie te produceren.

In de afgelopen jaren zijn de sluizen van onderzoek gericht op transparante zonnecellen geopend door wetenschappers die geloven dat zonne-energie kan voldoen aan de eisen van de samenleving, en dat dit het volgende grote ding zou kunnen zijn.

In dit interessante fenomeen van fotovoltaïsche energie is er een onvermijdelijke afweging tussen lichttoelating (zichtbare transparantie) en energieopwekking (efficiëntie van fotovoltaïsche omzetting).

Tot nu toe hebben we verschillende getinte transparante zonnecellen gezien met een laag energierendement en bescheiden transparanten. Ze zijn niet geschikt voor gebruik in elektronische apparaten, autoruiten en in gebouwen geïntegreerde fotovoltaïsche ramen.

Nu hebben onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology in Zuid-Korea energie-efficiënte transparante zonnecellen ontwikkeld met behulp van siliciummicrodraadcomposieten. Ze hebben cilindrische siliciumstaven ingebed in een flexibel, transparant polymeermateriaal.

Hoe verschilt het van andere transparante zonnecellen?

In tegenstelling tot bestaande transparante zonnecellen, die voornamelijk gebaseerd zijn op kleurstoffen, organische stoffen en perovskieten, zijn de nieuwe flexibele, kleurneutrale zonnecellen gebaseerd op het patroon van n-silicium microdraadjes.

De methode die diep-reactief ionen-etsen wordt genoemd, wordt gebruikt om deze microdraden met regelbare afstand te fabriceren. Ze worden vervolgens ingebed in een flexibele transparante polymeermatrix.

Referentie:Light:Science &Applications volume | DOI:10.1038/s41377-019-0234-y | UNIST

Het is zo ontworpen dat het gereflecteerde zonlicht van de siliciumstaven kan worden gecontroleerd om de efficiëntie te verhogen. Meer specifiek kan de lichttransmissie worden aangepast van 10 tot 55 procent door de afstand tussen microdraden te wijzigen.

Hoe werkt het?

Elke siliciumstaaf in deze zonnecel werkt als een fotoactieve laag:hij absorbeert zonlicht en wekt elektriciteit op. Onderzoekers hebben de staafjes zo opgesteld dat ze met het blote oog niet kunnen worden gezien. Daarom behouden zonnecellen zowel flexibele als transparante eigenschappen van het substraat zelf.

Het fabricageproces van de nieuwe transparante zonnecel | Met dank aan onderzoekers 

Om het lichtabsorptievermogen te vergroten zonder afbreuk te doen aan de transparantie, hebben onderzoekers de vorm van de punt van de siliciummicrodraden drastisch gewijzigd. Terwijl absorptie, transmissie en reflectie van licht plaatsvinden in conventionele zonnecellen, maken ze geen gebruik van het gereflecteerde licht.

De nieuwe structuur daarentegen absorbeert het gereflecteerde licht terug in de zonnecel:zonlicht dat vanaf de bovenkant van de siliciumstaaf wordt gereflecteerd, wordt geabsorbeerd door de staaf ernaast.

De transparante zonnecellen op basis van de microdraden met schuine punt hebben een efficiëntie van 8% laten zien bij een zichtbare transparantie van 10%. Dit is het hoogste rendement van transparante zonnecellen op basis van silicium. Ze kunnen hun aanvankelijke efficiëntie behouden, zelfs na tientallen buigtests.

Lezen: Opwarming van de aarde zal de efficiëntie van zonnecellen verminderen

En in tegenstelling tot andere transparante zonnecellen in neutrale kleuren, die worden vervaardigd op harde glazen substraten, kunnen deze flexibele zonnecellen verschillende toepassingen in de praktijk hebben, variërend van mobiele en draagbare apparaten tot geïntegreerde energieopwekking in gebouwen.