Wetenschappers van MIT hebben bestaand silicium gevoelig gemaakt zonne- cellen door singlet-excitonsplijtingsmethode. Dit kan de efficiëntie van zonne- cellen van 18 procent naar maar liefst 35 procent, waardoor de energieopbrengst wordt verdubbeld en de kosten van zonnetechnologie worden verlaagd.
Het wordt noodzakelijk om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en technologieën te bouwen voor een duurzame toekomst. Zonne-energie is een hernieuwbare bron van energie-niveau met de meeste Zon licht wordt omgezet in elektrische energie. Zonnepanelen zijn meestal gemaakt van silicium dat een fotovoltaïsch proces gebruikt om te transformeren zonlicht in elektriciteit. Er worden ook tandemcellen ontworpen, die over het algemeen perovskietencellen bevatten waarbij elk deel van de cel is zonne- cellen kunnen benutten Zon energie uit het gevarieerde spectrum en hebben dus een hoger rendement. Zonnecellen die vandaag de dag beschikbaar zijn, worden beperkt door hun efficiëntie, die slechts 15-22 procent bedraagt.
Een studie gepubliceerd op 3 juli in Natuur en wandelen heeft aangetoond hoe silicium zonne- De celefficiëntie zou tot wel 35 procent kunnen worden verhoogd door een effect toe te passen dat singlet-excitonsplijting wordt genoemd. Door dit effect kan een enkel lichtdeeltje (foton) twee elektronen-gatparen genereren in plaats van slechts één. Splijting met enkele excitonen wordt sinds de ontdekking ervan in de jaren zeventig in veel materialen gezien. Het huidige onderzoek had tot doel dit effect voor het eerst in een levensvatbaar effect te vertalen zonne- cel.
Onderzoekers hebben het enkelvoudige excitonsplijtingseffect van tetraceen – een bekend materiaal dat dit vertoont – overgebracht naar kristallijn silicium. Dit materiaal tetraceen is een koolwaterstof organisch halfgeleider. De overdracht werd bereikt door een extra dunne laag hafniumoxynitride (8 angstrom) aan te brengen tussen de excitonische tetraceenlaag en silicium. zonne- cel en koppelt deze.
Deze kleine hafniumoxynitridelaag fungeerde als een brug en maakte de opwekking van hoogenergetische fotonen in de tetraceenlaag mogelijk, wat vervolgens de vrijgave van twee elektronen in de siliciumcel teweegbracht, in tegenstelling tot de gebruikelijke. Deze sensibilisatie van silicium zonne- cel verminderde thermalisatieverliezen en maakte een betere gevoeligheid voor licht mogelijk. De energieopbrengst van de zonne- cellen verdubbelden naarmate er meer output werd gegenereerd uit de groene en blauwe delen van het spectrum. Dit kan de efficiëntie van zonne- cellen tot wel 35 procent. De technologie verschilt van de tandemzonnecellen omdat er alleen maar meer stroom aan het silicium wordt toegevoegd zonder extra cellen toe te voegen.
De huidige studie heeft geïmproviseerde singlet-splijting siliciumzonnecellen aangetoond die verhoogde efficiëntie kunnen vertonen en dus de totale kosten van energieopwekking van zonnetechnologie kunnen verlagen.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
Einzinger, M. et al. 2019. Sensibilisatie van silicium door singlet-excitonsplijting in tetraceen. Natuur. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
