Een interdisciplinair team van onderzoekers van UC Davis en UC Santa Cruz kiest voor een nieuwe benadering van zonne-energie, een die belooft te leiden tot een technologische doorbraak. Door nanodeeltjes van germanium te gebruiken, silicium en andere materialen, de onderzoekers hopen zonnecellen veel efficiënter te produceren dan de huidige stand van de techniek.

Het project ontving onlangs $ 1,5 miljoen over drie jaar van de National Science Foundation.

Conventionele zonnecellen werken allemaal volgens hetzelfde principe van "één foton in, een elektron uit, " zei Gergely Zimanyi, hoogleraar natuurkunde aan UC Davis en hoofdonderzoeker van de NSF-beurs. Met andere woorden, een deeltje licht, of foton, raakt de zonnecel en genereert één elektron om een ​​elektrische stroom te produceren.

Het rendement — energie uit ten opzichte van energie in — van een zonnecel die volgens dit principe werkt, is theoretisch maximaal 31 procent. Maar door zonnecellen te maken van extreem kleine nanodeeltjes, de UC-onderzoekers streven ernaar om voor elk foton meerdere elektronen te genereren, het verhogen van de maximale efficiëntie tussen 42 en 65 procent.

Het één-foton-in/meerdere-elektronen-uit paradigma is aangetoond in het Los Alamos National Laboratory, Zimanyi zei - maar de Los Alamos-groep heeft geen functionerende zonnecel gebouwd op basis van dit paradigma. Het team van UC Davis/UC Santa Cruz bestaat uit wetenschappers met ervaring in het maken van zonnecellen uit nanodeeltjes, hoop gevend dat de groep in staat zal zijn om een ​​volledig functionerende en goed geoptimaliseerde zonnecel te bouwen uit germanium en silicium nanodeeltjes, hij zei.

De teamleden zijn:Zimanyi; UC Davis chemieprofessoren Susan Kauzlarich en Delmar Larsen; Professor Giulia Galli, die een gezamenlijke aanstelling heeft in de natuurkunde en scheikunde; Professor Zhaojun Bai, Vakgroep Wiskunde en Informatica; Debasis Paul, hoogleraar bij de afdeling Statistiek; en Susan Carter, hoogleraar natuurkunde aan de UC Santa Cruz.

Het interdisciplinaire karakter van het team was cruciaal om het voorstel gefinancierd te krijgen, zei Zimanyi. "NSF vroeg om een ​​samenwerking tussen materiaalwetenschappen, scheikunde en wiskundige wetenschappen, " hij zei.

Zimanyi, Galli en Bai zullen theoretische en computermodelleringsstudies uitvoeren, waarbij Paul statistische expertise levert; Kauzlarich's lab zal de nieuwe nanodeeltjes synthetiseren, De groep van Larsen zal ze karakteriseren en Carter's lab bij UCSC zal een werkend apparaat ontwikkelen. Voorafgaand aan het verkrijgen van de subsidie ​​is al een prototypecel gebouwd en deze vertoonde een efficiëntie van ongeveer 8 procent, wat Zimanyi beschreef als een zeer bemoedigend resultaat, gezien de beperkte middelen die in de bouw zijn gestoken.

Het team zal samenwerken met de California Solar Energy Collaborative, die is gevestigd aan UC Davis en wordt geleid door Pieter Stroeve, hoogleraar chemische technologie en materiaalkunde. Het team plant ook een outreach-inspanning, voornamelijk via de openbare webpagina:www.solarwiki.ucdavis.edu/.