Onderzoekers Ontwikkelen Doorbraak Transparante Zonnecellen Met Superieure Efficiëntie

Onderzoekers ontwikkelen energie-efficiënte transparante zonnecellen met silicium microwire-composieten. Naast geabsorbeerd zonlicht, benutten deze zonnecellen ook gereflecteerde stralen om energie te produceren.

Hoe Het Verschilt Van Andere Transparante Zonnecellen

In de afgelopen jaren zijn de sluizen van onderzoek geopend die zich richten op transparante zonnecellen door wetenschappers die geloven dat zonne-energie de maatschappelijke vraag kan vervullen en de volgende grote ding kan zijn.

In dit interessante fenomeen van fotovoltaica is er een onontkoombare afweging tussen lichttoelating (zichtbare transparantie) en energieopwekking (fotovoltaische conversie-efficiëntie).

Tot nu toe hebben we diverse getinte transparante zonnecellen gezien met lage energie-efficiëntie en bescheiden transparanties. Ze zijn niet geschikt om te implementeren in elektronische apparaten, autoramen en building-integrated photovoltaic ramen.

Nu hebben onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology in Zuid-Korea energie-efficiënte transparante zonnecellen ontwikkeld met silicium microwire-composieten. Ze hebben cylindrische siliciumstaven in een flexibel, transparant polymermateriaal ingesloten.

Hoe Het Werkt

In tegenstelling tot bestaande transparante zonnecellen, die primair gebaseerd zijn op kleurstoffen, organica en perovskieten, zijn de nieuwe flexibele, kleurneutrale zonnecellen gebaseerd op het patroon van n-silicium microwires.

De methode diep-reactieve ion etching wordt gebruikt om deze microwires met controleerbare spacing te fabriceren. Ze worden vervolgens in een flexibele transparante polymermatrix ingesloten.

Het is zo ontworpen dat gereflecteerd zonlicht van de siliciumstaven gecontroleerd kan worden om de efficiëntie te verhogen. Specifieker, de lichtdoorlaatbaarheid kan aangepast worden van 10 tot 55 procent door de spacing tussen microwires te veranderen.

Hoe Werkt Het?

Elke siliciumstaaf in deze zonnecel werkt als een fotoactieve laag: het absorbeert zonlicht en genereert elektriciteit. Onderzoekers hebben de staven op specifieke intervallen gerangschikt zodat ze niet met het blote oog gezien kunnen worden. Daarom behouden de zonnecellen zowel de flexibele als transparante kenmerken van het substraat zelf.

Het fabricageproces van de nieuwe transparante zonnecel | Courtesy of researchers

Om de lichtabsorptiecapaciteit te verhogen zonder in te boeten op transparantie, veranderden de onderzoekers de vorm van de silicium microwires' punt dramatisch. Terwijl absorptie, transmissie en reflectie van licht plaatsvinden in conventionele zonnecellen, benutten ze het gereflecteerde licht niet.

De nieuwe structuur daarentegen absorbeert het gereflecteerde licht terug in de zonnecel: Zonlicht gereflecteerd van de top van de siliciumstaaf wordt geabsorbeerd door de staaf ernaast.

De transparante zonnecellen gebaseerd op de schuine-punt microwires hebben 8% efficiëntie getoond bij zichtbare transparantie van 10%. Dit is de hoogste efficiëntie bereikt onder silicium-gebaseerde transparante zonnecellen. Ze kunnen hun initiële efficiëntie behouden zelfs na tientallen buigtests.

En in tegenstelling tot andere kleurneutrale transparante zonnecellen, die op starre glassubstraten geproduceerd worden, zouden deze flexibele zonnecellen diverse real-world toepassingen kunnen hebben, variërend van mobiele en draagbare apparaten tot building-integrated stroomopwekking.