Paper Pitch: Efficiëntere zonnecellen
Wist je dat zonnecellen meestal slechts 20% van het zonlicht omzetten in elektrische energie? Dat betekent dat 80% niet wordt benut, en dat er veel ruimte voor verbetering is voor de volgende generatie zonnecellen. Onderzoekers van de TU Delft ontwikkelden een methode om nieuwe materialen te vinden voor efficiëntere zonnecellen.
Deze video werd mogelijk gemaakt met de hulp van Jos Thieme, lasertechnicus.
“Wanneer zonlicht op een zonnecel valt, zet het elektronen in beweging. Deze elektronen kunnen vervolgens elektrische apparaten van stroom voorzien. Zonnecellen zijn gemaakt van halfgeleiders die een eigenschap hebben die de bandkloof (in het Engels ‘band gap’) wordt genoemd. De bandkloof beschrijft de minimale hoeveelheid energie die nodig is om zonlicht door de zonnecel te laten opnemen. Als het licht niet genoeg energie heeft, zoals infrarood licht, gaat het recht door de absorberende laag van de zonnecel heen.
UV-licht daarentegen bevat veel meer energie dan de bandkloof en kan wel door de zonnecel worden opgenomen. Maar wanneer dit gebeurt, botsen de elektronen die in beweging zijn gezet in een rap tempo tegen de atomen van de zonnecel. Zo verliezen ze het grootste deel van hun energie in de vorm van warmte. De overtollige energie van UV-licht kan dus niet worden omgezet in elektriciteit.
Meer stroom
In sommige materialen treedt echter een proces op dat 'ladingsvermenigvuldiging' wordt genoemd (in het Engels ‘charge carrier multiplication’). Dat proces maakt de materialen efficiënter. Bij ladingsvermenigvuldiging botsen de elektronen die door het UV-licht in beweging zijn gebracht tegen andere elektronen in plaats van tegen de atomen van de zonnecellen. Het resultaat is dat de overtollige energie niet langer verloren gaat als warmte, maar in plaats daarvan meer elektronen vrijmaakt. En zo krijgen we meer elektrische stroom uit dezelfde hoeveelheid licht!
Materialen screenen
Om efficiëntere materialen met ladingsvermenigvuldiging te vinden, moeten we ze eerst in het lab maken en vervolgens uitgebreid testen met speciale apparatuur. Dit is een tijdrovend en kostbaar proces. In ons artikel presenteren we een methode om ladingsvermenigvuldiging na te bootsen met computerberekeningen. We kunnen deze methode toepassen om nieuwe materialen te screenen op efficiëntie van ladingsvermenigvuldiging voordat we ze daadwerkelijk in het lab maken. Dit bespaart de kosten en moeite die nodig zouden zijn om allerlei materialen te maken en experimenteel te testen.”
— Sven Weerdenburg
Sven Weerdenburg voerde dit onderzoeksproject uit tijdens zijn masterscriptie bij de sectie Opto-electronics Materials van de afdeling Chemical Engineering (Faculteit Technische Natuurwetenschappen). Momenteel doet hij promotieonderzoek bij de sectie Catalysis Engineering van dezelfde afdeling.
