Achtergrond
Onderzoek
Nederland - overzichtGeavanceerde concepten voor hoogefficiënte zonnepanelen |
|
Een aantal nieuwe concepten om het rendement van zonnecellen drastisch te verbeteren wordt als veelbelovend beschouwd. Het begrip van deze concepten staat evenwel nog in de kinderschoenen. In essentie gaat het om de relatie tussen enerzijds materiaalsamenstelling en -structuur en anderzijds de dynamica van foto-excitatie, vorming en relaxatie van vrije ladingen, ladingsrecombinatie en transport. Juist de combinatie van fundamenteel onderzoek en onderzoek gericht op toepassing van de nieuwe concepten in toekomstige zonnecellen is veelbelovend. Bij de TU Delft wordt aan de volgende concepten gewerkt.
Inslag ionisatie
De extra energie van hoogenergetische fotonen wordt benut om meerdere elektron-gat combinaties te vormen, in plaats van dat deze via thermalisatie verloren gaat. Met name halfgeleidende nanodeeltjes lijken kansen te bieden voor dit grotendeels nog onbegrepen inslagionisatieproces.
Spectrale downconversie
De overmaat aan energie van fotonen uit het groene, blauwe en UV deel van het zonnespectrum kan benut worden door zo'n energierijk foton om te zetten in 2 fotonen met een lagere energie, die elk een ladingsdragerpaar aanmaken.
Multiband cells
Voor hoogrendement zonnecellen is ook dat deel van het zonlichtspectrum van belang waarvan de fotonen juist te weinig energie hebben om elektron/gat combinaties te creëren. Dit licht gaat bij de huidige 2 generaties zonnecellen volledig verloren. Met multiband cells worden systemen ontwikkeld waarbij meerdere fotonen uit het rode deel van het spectrum een elektron in stappen exciteren. Ook hier zijn uiterst kleine afstanden (nanoschaal) tussen actieve gebieden van eminent belang.
Multi junctie cellen
Dr. Miro Zeman M.Zeman@TUDelft.nl
+31 15 2782409
Dr. Albert Goossens A.P.L.M.Goossens@TNW.TUDelft.NL
+31 15 2784919
In tandemcellen worden verschillende soorten zonnecellen (bijvoorbeeld als over elkaar aangebrachte dunne lagen) gecombineerd toegepast. De cellen zijn ieder gevoelig voor een ander deel van het zonlicht, waardoor een groter deel van het licht effectief wordt benut.
Aan de TU Delft wordt onder meer naar nieuwe materiaalstructuren gezocht waarbij dunne-film-superroosters van silicium worden gecombineerd met sterk lichtabsorberende materialen van zowel organische als anorganische oorspong in uiterst kleine (nano)kristallen. Van belang is dat bij de overdracht van elektronen uit het lichtabsorberende materiaal naar het rooster geen warmteverliezen optreden, die in de huidige zonnecellen een belangrijke verliespost zijn. Het onderzoek richt zich specifiek op deze interactie (band-gap engineering).
- Barnett et al., 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, Dresden
Nieuwe lichtopvangtechnieken
Om de absorptie van licht in heel dunne absorbeerlagen te vergroten is de manipulatie van licht binnen de zonnecellen cruciaal. De reflectie, transmissie en verstrooiing van licht bij overgangen tussen verschillende materialen in de zonnecel moet onder controle zijn. Met de hulp van tralies en fotonische kristallen kan de voortplanting van licht door de zonnecel gemanipuleerd worden. Het onderzoek richt zich om de tralies en fotonische kristallen gebaseerd op nanostructuren te ontwikkelen.
