Silicium-calcium-titaniumerts-zonnecellen zullen de efficiëntie van de energieopwekking volledig veranderen
Silicium-calcium-titaniumerts-zonnecellen zullen de efficiëntie van de energieopwekking volledig veranderenEn
Traditionele zonnecellen op basis van siliciumhalfgeleiderverbindingen hebben een theoretisch maximaal rendement van 29% bij het omzetten van zonlicht in elektrische energie. Door de tweede perovskietlaag echter op de basislaag van silicium te laten samensmelten, kunnen zonnecellen deze efficiëntiedrempel in de nabije toekomst overschrijden.
Perovskiet is een soort verbinding met dezelfde kristalstructuur als het calciumtitaanoxide-mineraal. Dit zeer flexibele materiaal kan voor verschillende toepassingen worden gebruikt, waaronder ultrasone machines, opslagchips en zonnecellen voor energieopwekking. Recent onderzoek toont aan dat perovskiet mogelijk een"geheim wapen"om de energieopwekkingsefficiëntie van de zonnecelindustrie naar een nieuw niveau te tillen.
De huidige zonneceltechnologie nadert snel haar hoogste efficiëntieniveau, maar voldoet nog steeds niet aan het niveau dat nodig is voor zonne-energie als belangrijke verzachtende factor bij het aanpakken van de opwarming van de aarde. Wetenschappers hebben verklaard dat de efficiëntie hoger moet zijn dan 30% en dat het installatiepercentage van nieuwe zonnepanelen tien keer hoger moet zijn dan het huidige adoptieniveau.
Door een extra laag calciumtitaanoxide (beide met halfgeleidereigenschappen) op een siliciumsubstraat toe te voegen, kan de energie die uit zonlicht wordt opgevangen, worden verbeterd. De siliciumlaag vangt elektronen op in rood licht, terwijl de calciumtitaniumlaag blauw licht opvangt. De verbetering van het energieabsorptievermogen zal leiden tot een verlaging van de totale prijs van zonne-energie, waardoor de inzet en adoptie van zonnepanelen wordt versneld.
Wetenschappers hebben een aantal jaren besteed aan de ontwikkeling van efficiënte silicium-calcium-titaan-zonneceltechnologie, en 2023 lijkt een belangrijke mijlpaal op dit gebied te markeren. Recente onderzoeksvoortgang heeft met succes de efficiëntie van batterijen uit de silicium-perovskiet-serie verbeterd tot meer dan 30%. Het tempo van de vooruitgang is zo snel dat deze technologie binnenkort haar verbeterde functionaliteit in commerciële producten zal laten zien.
Stefaan De Wolf, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië, gelooft dat het vakgebied van de zonneceltechnologie in 2023 aanzienlijke vooruitgang zal brengen. Het team van De Wolf heeft een efficiëntieniveau van 33,7% bereikt in silicium-perovskiet-zonnecellen, maar hun werkdetails moeten nog worden gepubliceerd in wetenschappelijke tijdschriften.Een andere onderzoeksgroep onder leiding van Steve Albrecht van het Helmholtz Berlin Center for Materials and Energy in Duitsland publiceerde onlangs een onderzoek naar een in serie geschakelde silicium-perovskietbatterij die een energieconversie-efficiëntie van maximaal 32,5% kan bereiken. De derde groep onder leiding van Xin Yu Chin van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne in Lausanne, Zwitserland, heeft bewezen dat de efficiëntie van de seriebatterij 31,25% bedraagt, met"het potentieel van hoge efficiëntie en lage productiekosten".
De Wolf stelde dat het overschrijden van de energiedrempel van 30% het vertrouwen daarin zal vergroten"hoogwaardige, goedkope fotovoltaïsche energieopwekking op de markt kan worden gebracht". Tegen 2022 zal de capaciteit voor de opwekking van zonne-energie 1,2 terawatt (TW) bereiken, en deze moet tegen 2050 toenemen tot ten minste 75 TW om de meest catastrofale situatie te verlichten die wordt veroorzaakt door de opwarming van de aarde en de uitstoot van broeikasgassen.