De efficiëntie van conventionele zonnecellen kan worden verhoogd van de huidige limiet van 30 procent naar meer dan 60 procent, suggereert nieuw onderzoek naar halfgeleider nanokristallen, of kwantumstippen, geleid door chemicus Xiaoyang Zhu aan de Universiteit van Texas in Austin.

Zhu en zijn collega's rapporteren hun resultaten in deze week Wetenschap .

De wetenschappers hebben een methode ontdekt om het hogere energetische zonlicht op te vangen dat verloren gaat als warmte in conventionele zonnecellen.

Het maximale rendement van de siliciumzonnecel die tegenwoordig wordt gebruikt, is ongeveer 31 procent. Dat komt omdat veel van de energie van zonlicht dat op een zonnecel valt, te hoog is om in bruikbare elektriciteit te worden omgezet. die energie, in de vorm van zogenaamde "hete elektronen, " gaat verloren als warmte.

Als het hogere energie zonlicht, of meer specifiek de hete elektronen, gevangen kunnen worden, De efficiëntie van de omzetting van zonne-naar-elektriciteit zou theoretisch kunnen worden verhoogd tot 66 procent.

"Er zijn een paar stappen nodig om te creëren wat ik deze 'ultieme zonnecel' noem, '" zegt Zhu, hoogleraar scheikunde en directeur van het Centre for Materials Chemistry. "Eerst, de afkoelsnelheid van hete elektronen moet worden vertraagd. Tweede, we moeten die hete elektronen kunnen grijpen en snel kunnen gebruiken voordat ze al hun energie verliezen."

Zhu zegt dat halfgeleider nanokristallen, of kwantumstippen, zijn veelbelovend voor deze doeleinden.

Wat het eerste probleem betreft, een aantal onderzoeksgroepen hebben gesuggereerd dat het afkoelen van hete elektronen kan worden vertraagd in halfgeleider nanokristallen. In een paper uit 2008 in Wetenschap , een onderzoeksgroep van de Universiteit van Chicago toonde aan dat dit ondubbelzinnig waar is voor colloïdale halfgeleider nanokristallen.

Het team van Zhu heeft nu de volgende cruciale stap bedacht:hoe die elektronen eruit te halen.

Ze ontdekten dat hete elektronen kunnen worden overgedragen van foto-geëxciteerde loodselenide-nanokristallen naar een elektronengeleider gemaakt van veelgebruikt titaniumdioxide.

"Als we de hete elektronen eruit halen, we kunnen met ze werken, ", zegt Zhu. "De demonstratie van deze overdracht van hete elektronen toont aan dat een zeer efficiënte zonnecel met hete drager niet alleen een theoretisch concept is, maar een experimentele mogelijkheid."

De onderzoekers gebruikten kwantumdots gemaakt van loodselenide, maar Zhu zegt dat hun methoden zullen werken voor kwantumstippen gemaakt van andere materialen, te.

Hij waarschuwt dat dit slechts één wetenschappelijke stap is, en dat er meer wetenschap en veel techniek nodig is voordat de wereld een 66 procent efficiënte zonnecel ziet.

Vooral, er is een derde stukje van de wetenschappelijke puzzel waar Zhu aan werkt:aansluiten op een elektrisch geleidende draad.

"Als we elektronen uit de zonnecel halen die zo snel zijn, of heet, we verliezen ook energie in de draad als warmte, " zegt Zhu. "Ons volgende doel is om de chemie op de interface naar de geleidende draad aan te passen, zodat we dit extra energieverlies kunnen minimaliseren. We willen de meeste energie van zonlicht opvangen. Dat is de ultieme zonnecel.

"Fossiele brandstoffen brengen hoge milieukosten met zich mee, "zegt Zhu. "Er is geen reden waarom we zonne-energie niet binnen 50 jaar voor 100 procent kunnen gebruiken."