De thermofotovoltaïsche zonnecel (PV cell) onder lichtconcentrator (foto:MIT)

Het lijkt er op of de ontwikkeling van zonnecellen, waar toch al weer heel wat jaren aan gesleuteld wordt, in een stroomver-snelling is terecht-gekomen. Onlangs berichtte ik over een aantal recente ontwikkelingen van zonnecellen en nu komt uit het Amerikaanse Cambridge (=MIT) het bericht dat ze daar het rendement van zonnecellen oppoken met warmte. Met deze techniek zou het ook mogelijk zijn energie in de vorm van warmte op te slaan voor later gebruik, zoals bekend een van de zeer zwakke punten van duurzame energievormen als wind- en zonne-energie.
Een gewone zonnecel maakt, het is bekend, geen gebruik van alle zonne-energie. Dat heeft, zoals vaker hier uitgelegd, te maken met de bandkloof van het materiaal. Om dat gemis te ‘repareren’, maakten de onderzoekers een ‘absorbens/straler’ van materialen als nanobuisjes en fotonische kristallen en plaatsten die voor de zonnecel. Dit ‘plaatje’ warmt op in het zonlicht en zendt, als een gloeiende spijker, licht uit, dat passend is voor de bandkloof. Door deze truc wordt de handicap van de klassieke zonnecel, die theoretici aanduiden met de Shockley-Queisser-limiet, aanzienlijk verkleind. Die limiet houdt in dat conventionele zonnecellen nooit een rendement zullen behalen van meer dan zo’n 33, 34%. Met deze thermofotovoltaïsche cellen zou dat rendement idealiter tot zo’n 80% kunnen worden opgeschroefd, stelt onderzoekster Evelyn Wang.
Zo ver is het nog lang niet. Allerlei praktische belemmeringen hebben het onmogelijk gemaakt cellen volgens deze techniek te maken met meer dan 1% rendement. Wang denkt dat het mogelijk is binnen niet al te lange tijd een thermofotovoltaïsche cel te maken met een rendement van 20%.
Het tweelaags plaatje is het cruciale verschil met de conventionele cel. De naar de zon gerichte buitenkant bestaat uit nanobuisjes die het opgevangen zonlicht omzetten in warmte. Daaronder zitten zogeheten fotonische kristallen, die zo zijn gemaakt dat ze gaan gloeien, waarbij de piekfrekwentie van het licht overeenkomt met de bandkloof van de daaronder gelegen zonnecel.
Volgens de onderzoekers combineert zo’n systeem de voordelen van een normaal fotovoltaïsch systeem en zonneboilers. Dat er warmte geproduceerd is handig, omdat dat makkelijker en vooral goedkoper is op te slaan dan elektriciteit. Daardoor zouden zonnecellen ook minder hinder hebben van het onwrikbare feit dat de zon maar een beperkt aantal uren per dag schijnt. Maar ja, voorlopig is dat hoge rendement nog bij lange na niet gehaald.

Bron: Eurekalert