Zonnecellen met een nieuw type halfgeleider zouden ook heel energierijke fotonen kunnen gebruiken. Bij huidige cellen gaat dat ‘teveel’ aan energie verloren.
Ze absorberen zonlicht en zetten het om in elektriciteit: zonnepanelen beginnen een heel gewone verschijning te worden. Onderzoekers van onder meer de Rijksuniversiteit Groningen, hebben mogelijk een manier gevonden om zonnecellen, waaruit de panelen bestaan, nog efficiënter te maken. Door twee materialen te combineren, zo schrijft het team in Science Advances, zouden ze ook de energie die nu verloren gaat aan warmte kunnen gebruiken.
Lees ook:
Goudlokje
Zonnecellen, specifiek fotovoltaïsche cellen genoemd, zetten met behulp van halfgeleiders de energie van binnenvallende fotonen (lees: licht) om in een elektrische stroom. Maar niet al het licht is even eenvoudig om te zetten. Net als Goudlokje en haar pap, dienen de fotonen, of eigenlijk hun energie, precies goed te zijn. Te weinig, en de fotonen schieten dwars door het materiaal heen. Te veel energie, en het ‘overschot’ aan energie gaat als warmte verloren.
Wat de juiste hoeveelheid energie is, wordt bepaald door de zogenaamde bandkloof: het energieverschil tussen de bovenkant van de valentieband en de onderkant van de geleidingsband van de halfgeleider. Hoe groter de kloof, hoe meer energie er opgenomen kan worden.
‘Hete elektronen’
“Het overschot aan energie van zogenoemde hete elektronen, geproduceerd voor die hoge-energie fotonen, wordt snel door het halfgeleidermateriaal als warmte geabsorbeerd”, legt coauteur Maxim Pschenichnikov uit. Om te voorkomen dat de energie verloren gaat, moeten de hete elektronen dus ook snel naar het materiaal getransporteerd worden.
Momenteel doet men dat door de elektronen met behulp van nanodeeltjes af te remmen. “In die nanodeeltjes hebben de elektronen minder mogelijkheden om hun overschot aan energie als warmte af te geven.” In deze studie poogden de onderzoekers dat anders te doen; met een hybride halfgeleider.
Hybride
Het team combineerde perovskiet-halfgeleiders met een organische stof met een grote bandkloof: bathophenanthroline (bphen). Vervolgens activeerden de onderzoekers de (hete) elektronen in het perovskiet en bestudeerden ze diens gedrag. Wat bleek: het bphen absorbeerde de energie van de hete elektronen. Kortom, er ging geen energie van de hoge-energie fotonen als warmte verloren. En dat zonder de elektronen af te remmen, aldus de onderzoekers.
De hoop is met de nieuwe kennis efficiëntere zonnecellen te maken. Helemaal daar zijn we nog niet: de volgende stap is het construct werkelijk in een zonnecel in te bouwen en in het echt te testen.
Bronnen: Science Advances, EurekAlert!
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!