(Phys.org) - Een opwindende vooruitgang in de zonneceltechnologie, ontwikkeld aan de Universiteit van Kansas, heeft 's werelds meest efficiënte fotovoltaïsche cellen geproduceerd, gemaakt van nanokoolstoffen, materialen die het potentieel hebben om de kosten van PV-technologie in de toekomst drastisch te verlagen.

"We hebben zelfs het record voor de efficiëntie van volledig koolstof-PV verbroken, " zei Shenqiang Ren, universitair docent scheikunde aan de KU, die het onderzoek leidde met collega's van het Massachusetts Institute of Technology. "Op koolstof nanobuisjes gebaseerde zonnecellen, vroeger, gemiddeld minder dan 1 procent in efficiëntie. Hoewel deze materialen zo'n groot potentieel hebben, er zijn zoveel problemen. Maar we spreken ze aan. Dus nu, onze efficiëntie is gestegen tot 1,3 procent. Het haalt het commerciële niveau van efficiëntie niet, maar we zijn er nog mee bezig proberen te optimaliseren, proberen om er een betere efficiëntie uit te halen."

Om commercieel levensvatbaar te zijn, Ren zei dat een fotovoltaïsch paneel een efficiëntiedrempel van 10 procent moet overschrijden, wat betekent dat het een tiende van de zonlichtinvoerenergie moet omzetten in het uitgangsvermogen van de zonnecel. De tegenwoordig in de handel verkrijgbare siliconen PV-panelen zijn 17 tot 22 procent efficiënt, maar ze komen met een zeer hoog prijskaartje.

De KU-onderzoeker zei dat PV-panelen gemaakt van koolstofnanomateriaal de zonnetechnologie zouden kunnen bevorderen omdat ze gemaakt zijn van goedkoop, gemakkelijk te verkrijgen en ecologisch duurzame koolstofmaterialen, hebben een hoge optische absorptie en een veel betere fotostabiliteit, wat betekent dat hun prestaties niet afnemen na blootstelling aan zonlicht.

"Bij ons onderzoek we gebruiken carbon buckyballs, koolstofnanobuisjes en een grafeenderivaat, " zei Ren. "De nanokoolstofmaterialen vertonen een opmerkelijke fotostabiliteit zonder de traditionele verpakking die vereist is in organische zonnecellen. In het laboratorium vergeleken we eigenlijk twee soorten zonnecellen. We hadden een standaard organische zonnecel, en toen maakten we precies dezelfde zonnecel van volledig koolstof. Vervolgens, we vergeleken de fotodegradatie zonder enige beschermende verpakking. Het organische degradeerde zo snel dat na 100 uur de organische zonnecel helemaal niet meer functioneerde, maar de all-carbon zonnecel functioneerde echt goed."

Hoewel het rendement van 1,3 procent van Ren's nanokoolstof PV-cellen niet voldoet aan de commercieel beschikbare zonnetechnologie van vandaag, de theoretische limiet voor volledig koolstof PV-cellen is 13 procent. Als Ren en zijn collega's in de echte wereld kunnen bereiken wat volgens hen mogelijk is met nanokoolstof, de technologie zou gedijen op de markt en zou een bredere impact kunnen hebben op technologie buiten zonne-energie.

"Ons doel is om deze prestatie vooruit te helpen, en in de tussentijd willen we de excitondynamiek en ladingsoverdracht beter begrijpen, " zei Ren. "Dit koolstofmateriaal is erg nieuw voor de fotofysica, en een PV-cel is slechts een van de opkomende toepassingen van het volledig koolstofraamwerk. Het zou een volledig nieuwe koolstofopto-elektronica kunnen openen. Bijvoorbeeld, we zouden deze koolstof kunnen gebruiken voor een fotodetector of een sensor. Als we deze fundamentele problemen eenmaal hebben aangepakt, er is een heel nieuw veld dat kan worden geopend door deze ontdekking."

Kansas NSF EPSCoR, Ministerie van Energie, het Centre for Environmentally Beneficial Catalysis en KU's New Faculty General Research Fund Program steunden het onderzoek van de Ren-groep aan de KU. Aanvullend, Ren crediteert KU's "Sustaining the Planet, Powering the World"-initiatief door hem naar de universiteit te brengen.

De bevindingen van Ren verschijnen in het nummer van 9 oktober van ACS Nano.