In een baanbrekende ontdekking zijn onderzoekers van de universiteit van Michigan er in geslaagd om een proces te ontwikkelen om zonlicht in elektriciteit om te zetten zonder gebruik te hoeven mken van halfgeleiders. In principe is zelfs een materiaal als vensterglas voldoende.
- Zonnekokers maken gebruik van geconcentreerd zonlicht. Mogelijk gaan we concentrators nog veel meer zien nu onderzoekers een manier hebben ontdekt om met glas zonlicht rechtstreeks in stroom om te zetten.
Halfgeleiders niet meer nodig
Bestaande zonnecellen werken door middel van halfgeleiders. Een elektron absorbeert een foton en gebruikt de energie in het lichtgolfpakketje om over een barrière heen te springen Door het elektron weer terug te laten vloeien wordt stroom opgewekt. Helaas is dit proces niet erg efficiënt (de maximale opbrengst bij één laag ligt rond de 31%) en zijn halfgeleiders erg kostbaar.
Onderzoekers van de universiteit van Michigan beweren nu een fundamenteel nieuw principe te hebben gevonden om stroom uit zonlicht te halen. Hierbij maken ze gebruik van het feit dat licht bestaat uit een elektrisch en een magnetisch veld die elkaar voortdurend afwisselen. In de bestaande toepassingen wordt gebruik gemaakt van het elektrische veld. De onderzoekers ontdekten echter dat in een isolator (een materiaal dat geen stroom geleidt, zoals vensterglas), het magnetische effect honderd miljoen maal sterker is dan tot dusver gedacht. Zo sterk zelfs dat het vergelijkbaar is met het elektrische effect.
Saillant detail: dit effect is voor meer dan een eeuw over het hoofd gezien. En dat opent mogelijkheden.
Magnetisch effect wekt cumulatieve spanning op
Door de magnetische effecten krijgen de elektronen een C-vorm, waardoor een dipool (gesplitste positieve en negatieve lading) ontstaat. De C’s verschuiven langzaam. Wanneer voldoende van deze C’s achter elkaar komen te staan, worden de zwakke voltages bij elkaar opgeteld en kan de ontstane spanning af worden getapt. Er zijn nog wel enkele technische problemen. Zo vereist standaard glas een lichtintensiteit van tien miljoen watt per vierkante centimeter om dit effect op te wekken. Ter vergelijking: midden op de dag aan de rand van de atmosfeer is de zonne-intensiteit 0,14 watt per vierkante centimeter, bijna honderd miljoen zo weinig dus. Bij zeer hoge intensiteiten krijg je in optische materialen veranderingen in brekingsindex, wat leidt tot focusing en mogelijk smelting van het transparante medium, maar mogelijk hebben de onderzoekers hier toch rekening mee gehouden.
De onderzoekers denken het lichtintensiteit-probleem op te kunnen lossen door een ander materiaal te kiezen waarbij de minimum intensiteit dichter in de buurt komt van die van zonlicht. Een groot deel van de energiekloof is te overbruggen door zonlicht te concentreren. Op dit moment wordt in het experiment ongeveer 1% van laserlicht in elektriciteit omgezet. De onderzoekers verwachten dat met andere materialen de efficiëntie op kan lopen tot tien procent, de efficiëntie van goedkope zonnepanelen. Het grote voordeel van dit principe is dat geen verfijnde technologie nodig is, maar dat met goedkope bulkmaterialen kan worden gewerkt. Dit zou, als de onderzoekers inderdaad slagen in het vinden van goedkope materialen met verbeterde opto-magnetische eigenschappen, wel eens de doorbraak kunnen zijn waarop zonne-energie enthousiasten al die jaren hebben gehoopt. Eindelijk een einde aan smerige olie, stinkende kolencentrales en levensgevaarlijke kernenergie?
Bronnen
Zaplog
Science Daily
University of Michigan
Journal of Applied Physics
Tjonge tjonge ’t is toch wat, zo’n zonnecel zonder electriciteit in omgezet zonlicht.
Germen,
ik weet wel; licht wordt omgezet in electriciteit,
maar de eenheid van lichtintensiteit blijft toch candela. De eenheid van vermogen is watt.
Het zal mij benieuwen. Nu in de vorm van dakpannen gieten en einde van het energie-probleem…