Nieuwe zonnepanelen kunnen opvallend veel energie uit zonlicht halen
©Freepik
Wetenschappers van de Universiteit van Madrid zijn er na vijftien jaar onderzoek in geslaagd een zonnecel te ontwikkelen die in theorie een energieconversie-efficiëntie van 60 procent moet kunnen bereiken. De doorbraak kan volgens de onderzoekers de toekomst van zonne-energie radicaal veranderen, maar er is nog veel werk te doen.
Zonne-energie speelt een cruciale rol in de transitie naar duurzame energie. Hoewel huidige zonnepanelen op basis van silicium al veel bijdragen, zijn ze beperkt in hun efficiëntie. De meeste huidige zonnecellen, die zijn gebaseerd op silicium, hebben een doorgaans energieconversie-efficiëntie van ongeveer 15% tot 22%. Dit betekent dat ze maximaal een vijfde van het zonlicht dat op hen valt, effectief weten om te zetten naar elektriciteit.
De nieuwste doorbraak in zonneceltechnologie, ontwikkeld door een team van de Universidad Complutense de Madrid, belooft echter een aanzienlijk hogere energieconversie. Dit nieuwe type zonnecel, gemaakt van galliumfosfide en titanium, zou theoretisch namelijk een efficiëntie van 60 procent kunnen behalen. Dat is volgens de onderzoekers een wereldprimeur.
Shockley Queisser-limiet
De maximale hoeveelheid energie die een zonnecel kan omzetten in elektriciteit wordt bepaald door de Shockley Queisser-limiet (SQ). Voor silicium, een veelgebruikt materiaal in zonnecellen, ligt deze limiet op 33,7 procent, wat betekent dat zelfs de meest geavanceerde siliciumzonnecellen niet meer dan een derde van het beschikbare zonlicht kunnen omzetten in energie. De rest van het licht wordt als warmte afgevoerd. Dit is het gevolg van de beperkingen in het materiaal.
Het onderzoek van de Spaanse wetenschapper Javier Olea Ariza en zijn team richtte zich op het vinden van een materiaal dat deze limiet zou kunnen doorbreken. Na 15 jaar hebben ze nu een zonnecel ontwikkeld op basis van galliumfosfide en titanium, en die combinatie zou dus in staat moeten om wel degelijk meer te absorberen dan gedacht - en daarmee de Shockley Queisser-drempel te doorbreken.
Minder zonnepanelen
Het team bouwde een zonnecel van slechts één vierkante centimeter met een ultradunne absorptielaag galliumfosfide, zo'n 50 nanometer om precies te zijn. Ze maakten hierbij gebruik van metalen contacten van goud en germanium. Na vele pogingen kwamen de onderzoekers erachter dat de zonnecel in staat was om het meeste licht te absorberen bij golflengtes boven de 550 nm, grotendeels danzij te toevoeging van titanium.
Hoewel de huidige efficiëntie van deze zonnecel nog laag is, schatten de onderzoekers dat deze uiteindelijk rond de 60 procent zou kunnen liggen. Dit is een enorme verbetering ten opzichte van de huidige siliciumtechnologie en zou, indien succesvol geïmplementeerd, de hoeveelheid benodigde zonnepanelen aanzienlijk kunnen verminderen.
Toekomstige uitdagingen
Hoewel de techniek ongetwijfeld een belangrijke stap voorwaarts is, staat deze nog in de kinderschoenen. Het team heeft inmiddels 15 jaar aan de zonnecel gewerkt en geeft toe dat er nog veel obstakels zijn voordat 'ie klaar is voor commerciële toepassing. Zo is de efficiëntie van de huidige prototypes nog veel te laag om praktisch bruikbaar te zijn.
De onderzoekers willen in de nabije toekomst werken aan een prototype met hogere efficiëntie en verdere optimalisaties in het ontwerp ervan. Daarnaast onderzoeken ze verschillende methoden om titanium effectiever te integreren in de zonnecelstructuur, wat kan leiden tot betere prestaties. Hoewel er dus nog veel werk voor de boeg is, biedt de innovatie hoop voor de toekomst van zonne-energie.
Zonnepalen op je EV?
Een mogelijke opsteker voor bezitters van elektrische auto's: misschien zien we deze technologie ooit terug op de daken van onze auto’s, waardoor we minder vaak naar de laadpaal hoeven. Hoewel de onderzoekers zelf geen toepassingen noemden, zullen innovaties als deze ongetwijfeld de aandacht trekken van bedrijven zoals Tesla, die hun voertuigen continu slimmer en efficiënter willen maken. Tesla lanceerde onlangs hun nieuwe robotaxi, dat geen laadpaalaansluiting heeft omdat het draadloos zou kunnen opladen. Zonnepanelen op het dak zouden hier in ieder geval een waardevolle toevoeging kunnen zijn, zodat de taxi overal ter plekke - of zelfs tijdens het rijden - kan opladen. Voor nu blijft dit echter toekomstmuziek, net zoals vele van Musk's ambitieuze voorspellingen.
Lees meer over zonne-energie en blijf op de hoogte via onze nieuwsbrief.