Een Loughborough University Ph.D. student heeft geholpen licht te werpen op een puzzel met zonnepanelen die zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van efficiëntere apparaten.

Het grootste deel van 's werelds zonne-energie wordt momenteel geproduceerd door zonnepanelen - ook wel fotovoltaïsche panelen genoemd - die zijn gemaakt van silicium.

Onlangs, er zijn nieuwe zonnepanelen gemaakt die zijn gemaakt van een halfgeleidend materiaal dat cadmiumtelluride (CdTe) wordt genoemd.

Het is gebleken dat CdTe-panelen elektriciteit produceren tegen lagere kosten dan siliciumpanelen en er is een dramatische winst in efficiëntie bereikt door het toevoegen van een element genaamd selenium aan het cadmiumtelluride.

Als resultaat, elektriciteit van CdTe-zonneparken wordt goedkoper geproduceerd dan uit fossiele brandstoffen, wat zowel economische als ecologische voordelen oplevert over de hele wereld.

Tot nu, het was niet goed begrepen waarom selenium de efficiëntie verhoogt, maar dankzij Tom Fiducia, een doctoraat Onderzoeksstudent in het Center for Renewable Energy Systems Technology (CREST), en een internationaal team van onderzoekers, de puzzel is opgelost.

Tom heeft samengewerkt met toonaangevende zonne-experts van CREST, Durham-universiteit, de Universiteit van Oxford en de Colorado State University, in de Verenigde Staten, om het effect van selenium op zonnepanelen te onderzoeken en de bevindingen van de groep zijn gepubliceerd in Natuur Energie – een maandelijks peer-reviewed wetenschappelijk tijdschrift dat alleen het beste energieonderzoek in de natuur- en sociale wetenschappen deelt.

hun papier, getiteld 'Inzicht in de rol van selenium in defectpassivering voor zeer efficiënte met selenium gelegeerde cadmiumtelluride-zonnecellen', heeft aangetoond dat selenium werkt door het effect van schadelijke, defecten op atomaire schaal in CdTe-panelen.

Dit verklaart de toename van de efficiëntie als elektronen (subatomaire deeltjes die elektriciteit transporteren), die worden gegenereerd wanneer zonlicht het zonnepaneel raakt, hebben minder kans om vast te zitten en verloren te gaan bij de defecten. Dit verhoogt de hoeveelheid onttrokken vermogen.

Tom, wie is de hoofdauteur van het artikel, zegt dat het team dit "onverwachte" gedrag ontdekte door te meten hoeveel licht wordt uitgestraald door seleniumhoudende panelen.

Omdat selenium niet gelijkmatig over de panelen wordt verdeeld, ze vergeleken de 'luminescentie' die werd uitgestraald uit gebieden waar weinig tot geen selenium aanwezig was en gebieden waar het selenium zeer geconcentreerd was.

Tom legde uit:"Hoewel het contra-intuïtief lijkt, goed zonnecelmateriaal dat defectvrij is, is zeer efficiënt in het uitstralen van licht, en zo sterk oplicht.

"We hebben de luminescentie in kaart gebracht die wordt uitgezonden door een seleniumbevattende zonnecel met een resolutie van ongeveer 1/10, 000thof een millimeter en vergeleek het met een kaart met een vergelijkbare hoge resolutie van de seleniumconcentratie, genomen op exact hetzelfde gebied van de cel.

"Het is opvallend duidelijk als je de gegevens ziet dat seleniumrijke gebieden veel helderder oplichten dan het pure cadmiumtelluride, en het effect is opmerkelijk sterk."

Tom hoopt dat de bevindingen zullen leiden tot verbeterde zonnepanelen en een groter gebruik over de hele wereld.

Hij merkte op:"Nu de door selenium geïnduceerde efficiëntieverbetering beter wordt begrepen, deze kennis kan wellicht gebruikt worden om het rendement van cadmiumtelluride-zonnepanelen nog verder te verhogen.

"Bijvoorbeeld, dit kan zijn door simpelweg de hoeveelheid selenium in de apparaten te verhogen of de verdeling ervan in de cel te veranderen.

"Als de efficiëntie kan worden verhoogd, dit zou de elektriciteitsprijzen verder verlagen en een direct positief effect hebben op regio's die de technologie toepassen."

Van verschijnen in Natuur Energie , hij zei:"Het is fijn om enige geruststelling te hebben dat je werk in de goede richting gaat.

"Ik hoop dat de resultaten nuttig kunnen zijn voor andere onderzoekers en uiteindelijk een positieve impact kunnen hebben."

Professor Michael Walls, Professor in fotovoltaïsche energie en de academicus die toezicht houdt op Tom's Ph.D. Onderzoek, zei:"Nu weten we hoe het selenium de efficiëntie van de zonnecel verbetert, het vermogen moet nog verder kunnen worden verbeterd.

"Het is een geweldig voorbeeld van een internationaal team dat samenwerkt met hun expertise en faciliteiten en een fundamenteel begrip ontwikkelt van hoe apparaten echt werken."