Transparante zonnepanelen kunnen ramen binnenkort in energieoogsters veranderen

Zonnepanelen hebben de manier waarop we elektriciteit produceren en verbruiken door elkaar geschud. Door ze op velden, muren en daken te plaatsen, kunnen individuele huishoudens en bedrijven nu hun eigen stroom opwekken tegen relatief lage kosten – of zelfs verkopen aan nabijgelegen elektriciteitsnetwerken wanneer hun aanbod groter is dan hun verbruik.

De uitdaging: Zonne-energie zal waarschijnlijk een belangrijke gasrol spelen bij het terugdringen van de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen, aangezien innovaties de efficiëntie van de technologie blijven vergroten.

Een manier waarop zonne-energie binnenkort op grotere schaal zou kunnen worden gebruikt, zou zijn om zonnepanelen te integreren in een breder scala aan alledaagse materialen en technologieën zonder de manier waarop we die dingen tegenwoordig gebruiken te hinderen.

Materiaalwetenschappers hebben onlangs onderzocht hoe zonnepanelen kunnen worden geïntegreerd in hun omgeving door ze transparanter te maken. Als dit wordt bereikt, kunnen apparaten voor het oogsten van energie onopvallend bovenop ramen, beeldschermen of zelfs de menselijke huid worden geplaatst, waardoor het bereik van de technologie nog verder wordt vergroot.

Door gebruik te maken van de unieke eigenschappen van geavanceerde vaste materialen, hebben ingenieurs vooruitgang geboekt in de richting van transparante zonnepanelen. Maar voorlopig laten zelfs de nieuwste ontwerpen minder dan 70% van het invallende licht door – lang niet genoeg om de apparaten in hun omgeving te laten opgaan.

Het nieuwe ontwerp: Een team van onderzoekers in Japan heeft nu veelbelovende stappen gezet om dit transparantieprobleem op te lossen. Onder leiding van Toshiaki Kato van de Tohoku University werkt het innovatieve ontwerp van het team door gebruik te maken van complexe interacties tussen ultradunne materialen.

De nieuwe opstelling is gebaseerd op een geleidend materiaal genaamd indiumtinoxide (ITO), dat zowel transparant als kleurloos is. Om hun zonnecel te vervaardigen, stelde Kato’s team een ​​ITO-elektrode bloot aan een damp van wolfraamdisulfide (WS2). Onder precies de juiste omstandigheden zette de damp een atoomdikke laag WS . neer2 op het ITO-oppervlak, dat als een halfgeleider fungeert.

Door de ITO te coaten met een zorgvuldig gekozen selectie van dunne metalen, en een isolerende laag te plaatsen tussen de ITO en WS2, konden de onderzoekers de “contactbarrière” tussen de twee materialen nauwkeurig controleren. Deze barrière beschrijft de energie die elektronen nodig hebben om van het ene materiaal naar het andere over te gaan.

In dit geval zijn elektronen in de WS2 laag door de contactbarrière terwijl ze binnenkomende fotonen absorberen en tussen de twee “energiebanden” van de halfgeleider springen – waarbij het materiaal wordt omgezet van een isolator in een geleider.

Tijdens het proces laat het elektron een positief geladen “gat” achter voordat het overgaat naar de elektrongeleider ITO-elektrode. Deze genereert een spanning tussen beide ladingsdragers, waardoor elektrische energie uit het zonnepaneel kan worden geoogst.

Efficiëntie en transparantie: Met hun productieaanpak verhoogde het team van Kato de contactbarrière drastisch in vergelijking met eerdere ontwerpen. Dit verhoogde de spanning tussen elektronen in de ITO en de gaten die ze achterlieten in de halfgeleider aanzienlijk.

Hun aanpassing maakte het apparaat op zijn beurt meer dan 1.000 keer effectiever in het omzetten van binnenkomend licht in elektrische energie dan bestaande ITO-gebaseerde zonnecellen. Toch was de materiaalkeuze van het team veel transparanter dan bij eerdere ontwerpen: zo’n 79% van het invallende licht kon er recht doorheen gaan.

Na deze demonstratie onderzochten Kato en collega’s vervolgens hoe hun zonnecel op grotere schaal kon worden vervaardigd, met behoud van het hoge rendement.

In eerdere op ITO gebaseerde zonnecellen leidde het vergroten van het oppervlak van het materiaal tot een daling van de spanning tussen de elektron-gatparen die het genereert. Dit verminderde het vermogen om licht om te zetten in elektriciteit. Maar door de lay-out van elektrische verbindingen in hun ontwerp zorgvuldig aan te passen, toonden de onderzoekers aan dat een hoge prestatie kon worden gehandhaafd in zonnecellen zo groot als 1 cm2 in de buurt.

Transparante zonnecellen: Deze nieuwe technologie, die al zo’n drastische sprong in zowel transparantie als efficiëntie heeft laten zien in vergelijking met eerdere ontwerpen, zou een belangrijke stap voorwaarts kunnen zijn in de inspanningen om zonnepanelen te integreren in een breder scala aan bestaande technologieën – ze in wezen in het zicht te verbergen.

Als het materiaal in de toekomst meer commercieel beschikbaar komt, gelooft Kato’s team dat het op een dag een breed scala aan elektronische apparaten in staat kan stellen de overvloedige energie van de zon te oogsten, zonder dat ze op een extern elektriciteitsnet of stroomvoorziening hoeven te worden aangesloten.

We zouden graag van je horen! Als je een opmerking hebt over dit artikel of als je een tip hebt voor een toekomstig Freethink-verhaal, stuur dan een e-mail naar [email protected].

Leave a Comment