Geheim voor superefficiënte zonnepanelen ontdekt

Share Button

Drie keer zo efficiënte dunne-film zonnepanelen, en nog goedkoper ook. Al die tijd zaten wetenschappers er flink naast. Niet het invangen, maar juist uitzenden van extra fotonen leidt tot meer rendement. Zonnepanelen kunnen veel efficiënter worden door deze nieuwe inzichten. In 2012 is het zover.

Goede zonnecel kan goed straling uitzenden
“Een goede zonnecel moet ook een goede LED-lamp zijn,” aldus Eli Yablonovitch, de elektrotechnisch ingenieur die het onderzoek leidde. Op het eerste gezicht lijkt dit heel vreemd. Is de bedoeling van een zonnecel nu juist niet om zoveel mogelijk licht op te vangen? Wat Yablonovitch en zijn groep hebben laten zien, is echter precies dat. Hoe beter een zonnecel er in slaagt fotonen uit te zenden, hoe groter de spanning die de cel levert en hoe efficiënter de cel is.

Research sparks record-breaking solar cell performances

Prestaties dure zonnecellen overtroffen met goedkope zonnecel
Standaard p-n zonnecellen (de meeste zonnecellen) kunnen in theorie maximaal 33,5% van alle invallende licht omzetten in elektriciteit. Deze grens heet de Shockley-Queisser efficiency limiet. Op dit moment is de gebruikelijke efficiëntie van een heel goede (en dure) dikke zonnecel iets meer dan 23 procent, dus als we deze limiet zouden naderen, zou dit het rendement per vierkante meter vijftig procent groter maken. Dat laatste is precies wat Yablanovitch en zijn team nu is gelukt. De halfgeleider galliumarsenide is in staat deze limiet zeer dicht te naderen. Yablonovitch’s bedrijf, Alta Devices, heeft zeer goedkope zonnecellen ontwikkeld die maar liefst 28,4% halen. Zie afbeelding. Dat is drie keer zoveel als dunne goedkope filmzonnepanelen nu. Teamlid Owen Miller weet nu waarom deze cellen zo goed werken. Externe fluorescentie, uitzenden van fotonen dus, levert de hoge spanning en opbrengst die door de onderzoekers van Alta werd waargenomen.

Vierkante meter met milligrammen materiaal
Gallium arsenide is weliswaar veel duurder dan silicium (gallium is vrij zeldzaam), maar absorbeert licht tienduizend maal zo goed bij dezelfde dikte. Dat betekent dat een laagje van enkele honderden nanometers dik voldoende is om een hoogrendement zonnecel te maken. Voor een vierkante meter zonnepaneel, goed voor een paar honderd watt vermogen, heb je zo aan enkele honderdsten gram gallium genoeg, waardoor het toch nog heel aantrekkelijk wordt.

Onderzoek in het verleden probeerde de cel zoveel mogelijk fotonen op te laten slorpen. Logisch, want zo krijg je meer energie. Hoe meer fotonen, hoe meer elektronen los slaan, die weer terugvloeien en zo vermogen leveren. Gaat het oogsten van elektronen niet snel genoeg, dan geven de elektronen hun energie af als hitte. Slecht nieuws voor het rendement.  Millers berekening laat zien, dat als de elektronen hun energie als fotonen uitzenden, dit de opbrengst van de cel enorm toe laat nemen.

Einde 2012 markt overspoeld met extreem goedkope en efficiënte zonnecellen
Alta Devices denkt deze ultra-efficiënte zonnecellen, die drie keer zoveel rendement hebben als goedkope dunne-film zonnecellen, voor einde 2012 op de markt te hebben. Ze zullen wel moeten, want de concurrentie uit onder meer China is moordend.

Goed nieuws voor ons allen, want hoe eerder we van vervuilende brandstoffen als olie en kolen af kunnen komen, hoe beter. Hopelijk kan dan ook de SQ limiet aan diggelen. De meest voor de hand liggende methode is zonnecellen te stapelen. In proefopstellingen zijn zo rendementen tot tegen de vijftig procent gehaald. In theorie is bij een oneindig aantal laagjes zelfs 89% haalbaar.

Bron:
Research sparks record-breaking solar cell performances, Physorg.com (2011)
Intense Internal and External Fluorescence as Solar Cells Approach the Shockley-Queisser Efficiency Limit, Arxiv.org (2011)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

16 reacties

  1. Douwe schreef:

    Jeej, here comes the sun!

  2. Robbieknor@work schreef:

    Super! Duizend keer beter om dit soort onderzoek te subsidieren dan massaal onrendabelele zonnecelcentrales neer te zetten gebaseerd op de technologie van gisteren!

    • Douwe schreef:

      Zonnecentrales zijn helemaal niet onrendabel als je het vergelijkt met de prijs die we betalen voor olie. Deze discussie hebben we ook al eens eens gevoerd volgens mij en dit lijkt een beetje op trollen wat je aan het doen bent. Zonne-energie is nu in Nederland al goedkoper, CSP in Zuid Europa en Noord Afrika is nu al een veel slimmere optie dan kolencentrales of kerncentrales. En dit onderzoek is heel mooi meegenomen maar ga alsjeblieft niet dit soort goed nieuws gebruiken om andere vormen van zonne-energie te ondergraven. Denk eens wat breder dan je neus of eigenbelangen lang zijn. :-)

  3. Van Soest schreef:

    Als er slechts 1% (dus 10 miljard euro) van het europese noodfonds besteed zou kunnen worden aan de ontwikkeling en grootschalige implementatie van deze rendabele technieken zouden we echt vooruit komen (ipv het storten van het geld in een groot zwart gat).

  4. dries schreef:

    whoop whoop, hopelijk wordt dit niet de kop ingedrukt door de ontdekking van mogelijk zeer grote oliereserves in kenia en somalie…

  5. Bemoeier schreef:

    Beter dan DNA Origami ?

  6. krohne schreef:

    hopelijk krijgt de Shell dit patent niet in handen, anders komt het onder het patent van de stirling motor te liggen, en dan horen we er nooit meer wat van.

  7. Jelle schreef:

    Wat is dit toch een ongelofelijk leuke site!

  8. johanz schreef:

    Bah, net zonnepanelen gekocht en geplaatst op mijn dak :(

  9. adenis schreef:

    super dit. hoop echt snel dat dit op de markt is. en zoals het artikel zelf al melde: de chinexen willen snel centjes verdienen, dus dat duurt niet meer zo lang.

    Off-topic: @krohne, ik wist niet wat een stirling motor was, dus heb even gegoocheld. maar de eerste hit bij google is van wikipedia met een stirling motor van Phillips. dus ik denk niet dat Shell dit patent in handen heeft.

  10. Picobyte schreef:

    De stirling motor is gewoon onrendabel als primaire energie bron.
    Ze komen echter wel vrij veel voor in de industrie als koelmachine die extreem lage temperaturen kan bereiken.
    Maar ook gewoon als motor om afvalwarmte nog nuttig te kunnen gebruiken.
    Ook zijn er enkele geothermische en zonthermische systemen in werking en er wordt geëxperimenteerd met CV ketels waar een resonantie motor in is verwerkt.

  11. andré schreef:

    minder energie Verbruiken is ook een oplossing…..
    http://www.roulotte-papillotte.com is powerd by son en horse
    power http.//roulottepapillotte.wordpress.com

  12. Dirk schreef:

    Gallium Arsenide is zo oud als het periodiek systeem. Gewoon weer een poging om de bestaande solar industrie een worst voor te houden dat er een doorbraak aankomt.
    Ik geloof er helemaal niets van dat eind 2012 iets gebeurd met dit product. Net als Sunpower cellen zullen ook deze producten onbetaalbaar zijn door het schaarse aanbod.

  13. Sander schreef:

    Over een paar maanden zullen we het weten….
     

  14. vegazosten schreef:

    Ik zit al jaren te wachten op een doorbraak. Maar nu zal ik toch de knoop moeten doorhakken. Altijd gedacht dat mijn dak er zich niet voor leende. Sinds ik de panelen van Solar Frontier (CIS) heb ontdekt kan ik dankzij m’n rare constructie van dakvormen nu toch maximale power uithalen. Met 50 panelen 160W kan ik er zelfs 14 noord-oost leggen (1560kwu/yr aan 70%). Andere types panelen kan ik max 15 stuks leggen en die brengen ih beste geval amper de helft op tov SF en zelfs nog duurder ook!
    Grote en wattages panelen zijn nog niet alles. Kleiner met meer wattages en rendement bij diffuus licht is ook belangrijk, zeker in mijn geval.
    Na flink puzzelen en rekenen kan ik met 63 panelen easy 10.000 kwu/yr halen. Met 108 stuks zelfs minstens 160.000 kwu en dat op een moeilijk dak. Alleen zou het wel heel duur zijn ntrlk… lol NB mijn max verbruik was 43.000KWu/yr Ben benieuwd wat de mensen uit de buurt gaan zeggen als ze od noordoostkant panelen zien liggen hahaha….

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger