Efficiëntere zonnecellen door ‘hete elektronen’ › City of Talent

Efficiëntere zonnecellen door ‘hete elektronen’

Efficiëntere zonnecellen door ‘hete elektronen’

Efficiëntere zonnecellen door ‘hete elektronen’

ma, 22 januari 2018

Ladingsdragers in zonnecellen verliezen een groot gedeelte van hun energie in de vorm van warmte. Hierdoor is hun efficiëntie lager dan 33 procent. RUG hoogleraar Fotofysica en Opto-elektronica Maria Antonietta Loi heeft nu een materiaal ontdekt waarin deze hun energie langzaam verliezen, wat het mogelijk maakt om meer energie om te zetten in stroom. Onlangs ontving Maria Loi een subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

Vijftien nieuwe onderzoeksprojecten gaan van start met de bijdrage uit het NWO-programma Materials for Sustainability (Mat4Sus). Eén daarvan is het onderzoek van RUG-hoogleraar Maria Loi rond hete ladingdragers. Zij doet onderzoek naar een hoger rendement. Deze hete ladingdragers houden hun energie langer vast, waardoor er meer energie in stroom omgezet kan worden. En dat maakt zonnecellen veel efficiënter dan ze nu zijn.

Weg door warmte
De efficiëntie van zonnepanelen komt nogal nauw: de pakketjes lichtenergie (fotonen) moeten niet te veel én niet te weinig energie hebben om het om te zetten in vrije elektronen voor elektrische spanning. Bij te veel energie verdwijnt het als warmte en dat gebeurt in zonnecellen. Dit beperkt de maximale energie van zonnecellen.

Mineraal als zonnecel
Maria Loi werkt aan een speciaal type zonnecellen die gemaakt zijn van organisch/anorganisch hybride perovskiet. Dit is een mineraal en een veelgebruikt zonnecelmateriaal. Een probleem is dat de meeste zonnecellen op basis van perovskiet ook het giftige lood bevatten. Daarom deed Loi eerder al onderzoek waarin ze een hybride perovskiet zonnecel beschrijft met tin in plaats van lood. Alleen zag Loi iets vreemds toen ze het materiaal nauwkeuriger onderzochten: de hete elektronen in dit tin-houdende hybride perovskiet gaven de extra energie ongeveer duizend keer trager af dan gebruikelijk. Dit was de eerste stap naar de ontdekking van lang levende hete elektronen.

Van 33 naar 66 procent
Deze langere levensduur wint extra energie voordat deze in warmte is omgezet. En daarmee kan een hogere spanning geproduceerd in de zonnecel. En daarmee gaat de efficiëntie van hybride perovskiet zonnecellen van 33 naar 66 procent, laten berekeningen zien. Nu is de volgende stap om uit te zoeken waarom de hete elektronen hun energie langzamer verliezen en wat de herkomst is van deze nuttige eigenschap. Deze kennis is waardevol voor de optimalisatie van dunne lagen. Maar uiteindelijk is het grootste doel om zonnecellen te maken die veel efficiënter zijn. De NWO-subsidie voor duurzame materialen maakt dit onderzoek mogelijk.

Lees hier de wetenschappelijke publicatie >>