(PhysOrg.com) -- Een wetenschappelijke vooruitgang in hernieuwbare energie die een revolutie belooft in het gemak en de kosten van het gebruik van zonnecellen, is vandaag bekend gemaakt. Een nieuwe studie toont aan dat zelfs bij gebruik van zeer eenvoudige en goedkope fabricagemethoden - waarbij flexibele materiaallagen worden aangebracht over grote oppervlakken zoals huishoudfolie - efficiënte zonnecelstructuren kunnen worden gemaakt.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde energiematerialen , maakt de weg vrij voor nieuwe productietechnieken voor zonnecellen en de belofte van ontwikkelingen op het gebied van hernieuwbare zonne-energie. Wetenschappers van de universiteiten van Sheffield en Cambridge gebruikten de ISIS Neutron Source en Diamond Light Source van het STFC Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire om het onderzoek uit te voeren.

Kunststof (polymeer) zonnecellen zijn veel goedkoper te produceren dan conventionele silicium zonnecellen en hebben het potentieel om in grote hoeveelheden te worden geproduceerd. De studie toonde aan dat wanneer complexe mengsels van moleculen in oplossing op een oppervlak worden verspreid, zoals het lakken van een tafelblad, de verschillende moleculen scheiden zich naar de boven- en onderkant van de laag op een manier die de efficiëntie van de resulterende zonnecel maximaliseert.

Dr. Andrew Parnell van de Universiteit van Sheffield zei:"Onze resultaten geven belangrijke inzichten in hoe ultragoedkope zonnepanelen voor huishoudelijk en industrieel gebruik op grote schaal kunnen worden vervaardigd. In plaats van complexe en dure fabricagemethoden te gebruiken om een ​​specifieke halfgeleider-nanostructuur te creëren, afdrukken in grote volumes kan worden gebruikt om films op nanoschaal (60 nanometer) van zonnecellen te maken die meer dan duizend keer dunner zijn dan de breedte van een mensenhaar. Deze films kunnen vervolgens worden gebruikt om kosteneffectieve, lichte en gemakkelijk te vervoeren plastic zonnecelapparaten zoals zonnepanelen."

Dr. Robert Dalgliesh, een van de ISIS-wetenschappers die bij het werk betrokken was, zei, "Dit werk illustreert duidelijk het belang van het gecombineerde gebruik van neutronen- en röntgenverstrooiingsbronnen zoals ISIS en Diamond bij het oplossen van moderne uitdagingen voor de samenleving. Het gebruik van neutronenstralen bij ISIS en de heldere röntgenstralen van Diamond, we waren in staat om de interne structuur en eigenschappen van de zonnecelmaterialen niet-destructief te onderzoeken. Door de lagen in de materialen te bestuderen die zonlicht omzetten in elektriciteit, we leren hoe verschillende verwerkingsstappen de algehele efficiëntie veranderen en de algehele prestaties van polymeerzonnecellen beïnvloeden."

"De komende vijftig jaar zal de samenleving moeten voorzien in de groeiende vraag naar energie van de wereldbevolking zonder fossiele brandstoffen te gebruiken. en de enige hernieuwbare energiebron die dit kan, is de zon", zei professor Richard Jones van de Universiteit van Sheffield. "In een paar uur valt er genoeg energie uit zonlicht op de aarde om een ​​heel jaar in de energiebehoefte van de aarde te voorzien, maar we moeten dit op een veel grotere schaal kunnen benutten dan we nu kunnen. Goedkope en efficiënte polymere zonnecellen die enorme gebieden kunnen bestrijken, kunnen ons helpen een nieuw tijdperk van hernieuwbare energie binnen te gaan."

Zonnepanelen

Fotovoltaïsche apparaten zijn halfgeleiderapparaten die worden gebruikt om goedkope hernieuwbare energie op te wekken, meestal in de vorm van zonnepanelen. Wanneer zonlicht een fotovoltaïsche cel raakt, het wordt geabsorbeerd en de energie ervan wordt omgezet in een elektrische stroom. De meeste fotovoltaïsche apparaten zijn gemaakt van silicium; echter, apparaten kunnen ook van plastic worden gemaakt (organische fotovoltaïsche apparaten).

Plastic films kunnen tegen lage kosten uit de oplossing worden gedeponeerd, roll-to-roll printtechnieken resulterend in aanzienlijke algemene besparingen in energie en kosten. Dit is waar de film op een rol wordt geplaatst en een reeks processen doorloopt die vergelijkbaar zijn met de manier waarop kranten worden gedrukt en aan het einde van een rol worden gehaald. Er zijn momenteel producten die dit soort technologie gebruiken. Om het gebruik verder te vergroten, echter, de technologie moet efficiënter. Polymere zonnecellen zijn momenteel 7-8% efficiënt. De volgende stap is om cellen te ontwikkelen die 10% of meer efficiënt zijn voor commerciële levensvatbaarheid.

De materialen die worden gebruikt in het onderzoek dat door de samenwerking wordt uitgevoerd, worden PCDTBT (poly [N-9′-heptadecanyl-2, 7-carbazol-alt-5, 5-(4′, 7′-di-2-thienyl-2′, 1′, 3′-benzothiadiazool):PCBM ([6, 6]- fenyl-C61-boterzuurmethylester), een materiaal gebaseerd op Nobelprijswinnend (Chemie 1996) werk van onder meer professor Richard Smalley en professor Harry Kroto op de C60 Buckminsterfullerene of buckyball-vorm van koolstof. Heldere röntgenstralen met instrumenten van Diamond Light Source werden gebruikt om te bestuderen de kristalliniteit van het materiaal; neutronen bij ISIS werden gebruikt om het samenstellingsprofiel van het materiaal te onderzoeken.