Een nieuw tweelaags absorptie-emissieapparaat kan de efficiëntie van zonnecellen flink verhogen. Onderzoekers van MIT publiceren het gebruik van dit materiaal in Nature Nanotechnology.

Het apparaat bestaat onder andere uit koolstof nanobuisjes en fotonische kristallen. De buisjes nemen zonlicht op en verhitten hierbij. Daardoor warmen ze gelijk de kristallen op. Die zenden daarbij licht uit met de golflengte die precies overeenkomt met de zogenaamde ‘band gap’ van silicium. Deze band gap is de golflengte die precies de juiste hoeveelheid energie bevat om een halfgeleider van niet-geleidend naar geleidend te laten omslaan. Op deze manier maakt een zonnecel dus effectiever gebruik van alle zonlicht.

Het systeem zou beter werken dan andere, omdat het de voordelen van op zon gebaseerde fotovoltaïsche cellen, die zonlicht direct omzetten in elektriciteit, combineert met de voordelen van een op zon gebaseerd thermisch systeem. Hitte is namelijk makkelijker op te slaan dan elektriciteit. Hierbij speelt grootte ook een rol. Hoe groter een voorwerp is, des te kleiner het relatieve oppervlak ten opzichte van het volume. Dit gaat energieverlies door afkoeling tegen.

Het brede spectrum van golflengtes in zonlicht is niet geheel geschikt om halfgeleiders in zonnecellen te activeren. Een mogelijkheid om dit te omzeilen is het aanpassen van de band gap van het materiaal. De Amerikanen van MIT zorgen er juist voor dat het zonlicht omgezet kan worden in grotere hoeveelheden licht met de juiste golflengte.

Op deze manier zou de zogeheten Shockley-Queisser limiet doorbroken kunnen worden. Deze limiet stelt dat de maximale efficiëntie van een zonnecel 33.7% zou zijn. De onderzoekers zijn echter nog niet in de buurt van deze limiet gekomen. Ze hebben nu een efficiëntie van 3.2% bereikt en verwachten – met nog wat werk – de twintig procent nog wel te kunnen bereiken. Dit zou genoeg moeten zijn voor een commercieel product, maar ligt nog wel onder de Shockley-Queisser limiet. De Bostoniaanse uitvinding is echter wel degelijk een grote vooruitgang: tot op heden was de hoogste efficiëntie met dit soort cellen niet hoger dan 1%.

Bron: MIT