De toekomst van zonne-energie kan er zonnig uit zien, maar dan dient de prijs van zonnecellen wel omlaag, en het rendement omhoog te gaan.
Een goedkoop alternatief voor de huidige – maar kostbare – zonnecellen van silicium is de zogenaamde kleurstofzonnecel, ook wel bekend als de Grätzel-cel. Deze zonnecellen zetten met behulp van kleurstof en titaandioxide zonlicht om in elektriciteit. Door deze goedkope bestanddelen is de prijs van een kleurstofzonnecel laag, maar het rendement blijft op dit moment nog achter bij siliciumcellen.
Virus voorkomt klonteren
Een veelbelovende manier om het rendement van zonnecellen te verhogen, is door gebruik te maken van koolstofnanobuisjes, zo heeft onderzoek inmiddels aangetoond.
Koolstofnanobuisjes zijn microscopisch kleine, holle cilinders van koolstof die supersterk zijn en – wat hier vooral erg nuttig is – erg goed geleidend.
Maar tot nu stuitte men steeds op twee problemen: bij de productie van koolstofnanobuisjes ontstaat een mengsel van nanobuisjes die niet allemaal even goed geleiden. Een ander nadeel is dat koolstofnanobuisjes snel aan elkaar klonteren, wat het rendement verder verlaagt.
Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben nu iets gevonden om deze nadelen weg te nemen. Het lijkt misschien wat vergezocht, maar ze hebben hun toevlucht genomen tot de wereld van de virussen. Het genetisch gemodificeerde virus M13 – dat normaal bacteriën infecteert – bleek in staat het klonteren van koolstofnanobuisjes te voorkomen en bovendien het aantal slecht geleidende nanobuisjes te verminderen. De combinatie van koolstofnanobuisjes en het virus testte het team in een kleurstofzonnecel, waarbij het rendement verbeterde van 8 procent naar 10,6 procent: een verhoging van bijna eenderde.
Hoe verbetert het virus het rendement van de zonnecel?
TU Delft / SCHOTT Solar GmbH
Een kleurstofzonnecel is opgebouwd rond minuscule deeltjes titaandioxide (ca. 20 nm in doorsnede) waaraan organische kleurstofmoleculen gehecht zijn. Het zonlicht maakt elektronen vrij uit de kleurstofmoleculen, die via de titaandioxidedeeltjes naar de negatieve elektrode van de zonnecel stromen. Via de externe stroomkring kunnen ze een lamp laten branden of anderszins elektrische energie leveren. De functie van de koolstofnanobuisjes is om de doorstroming van vrijgemaakte elektronen naar de negatieve elektrode te verbeteren. Ze duwen de elektronen als het ware de goede richting uit, wat de efficiëntie van dit proces verhoogt. Het virus verbetert de werking van de koolstofnanobuisjes door kleine strengen peptiden aan te maken die de koolstofnanobuisjes van elkaar gescheiden houden. Verder maakt het virus een coating van titaandioxide aan op de buisjes, zodat hieruit losgemaakte elektronen direct door de buisjes de goede kant op gestuurd worden (zie ook afbeelding hieronder).
Snel op de markt
Volgens de onderzoekers moet deze techniek ook toepasbaar zijn in andere soorten zonnecellen, zoals zonnecellen met quantum dots of organische zonnecellen. Een groot voordeel van de techniek is dat het bij kamertemperatuur te bouwen is. De onderzoekers verwachten dat hun techniek snel op de markt komt. Kleurstofzonnecellen worden al in Japan, Korea en Taiwan geproduceerd en het toepassen van dit nieuwe materiaal voegt slechts één goedkope stap aan het productieproces toe. We zullen zien hoe snel onze daken opgefleurd worden met kleurrijke zonnecellen.
Bron:
X. Dang e.a., Virus-templated self-assembled single-walled carbon nanotubes for highly efficient electron collection in photovoltaic devices, Nature Nanotechnology (online), 24 april 2011 DOI:10.1038/nnano.2011.50
Lees meer over zonne-energie en zonnecellen op Kennislink:
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/zonnecel/zonnecellen/zonne-energie/index.atom", “max”=>"7", “detail”=>"minder"}