Zonnecellen zijn net als bladeren, het zonlicht opvangen en omzetten in energie. Het is passend dat ze nu gedeeltelijk van bomen kunnen worden gemaakt.

Onderzoekers van Georgia Institute of Technology en Purdue University hebben efficiënte zonnecellen ontwikkeld met behulp van natuurlijke substraten die zijn afgeleid van planten zoals bomen. Net zo belangrijk, door ze te fabriceren op cellulose nanokristallen (CNC) substraten, de zonnecellen kunnen aan het einde van hun levenscyclus snel in water worden gerecycled.

De technologie is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , het nieuwste open access tijdschrift van de Nature Publishing Group.

De onderzoekers melden dat de organische zonnecellen een energieconversie-efficiëntie van 2,7 procent bereiken, een ongekend cijfer voor cellen op substraten die zijn afgeleid van hernieuwbare grondstoffen. De CNC-substraten waarop de zonnecellen worden gefabriceerd, zijn optisch transparant, waardoor licht er doorheen kan gaan voordat het wordt geabsorbeerd door een zeer dunne laag van een organische halfgeleider. Tijdens het recyclingproces de zonnecellen worden gewoon ondergedompeld in water op kamertemperatuur. Binnen slechts enkele minuten, het CNC-substraat lost op en de zonnecel kan gemakkelijk worden gescheiden in zijn belangrijkste componenten.

Professor Bernard Kippelen van Georgia Tech College of Engineering leidde het onderzoek en zegt dat het project van zijn team de deur opent voor een echt recyclebaar, duurzame en hernieuwbare zonneceltechnologie.

"De ontwikkeling en prestaties van organische substraten in zonnetechnologie blijven verbeteren, ingenieurs een goede indicatie geven van toekomstige toepassingen, zei Kippelen, die ook de directeur is van Georgia Tech's Center for Organic Photonics and Electronics (COPE). “Maar organische zonnecellen moeten recyclebaar zijn. Anders lossen we gewoon één probleem op, minder afhankelijkheid van fossiele brandstoffen, terwijl je een andere creëert, een technologie die energie opwekt uit hernieuwbare bronnen, maar aan het einde van zijn levenscyclus niet wegwerpbaar is."

Daten, organische zonnecellen zijn typisch vervaardigd op glas of plastic. Geen van beide is gemakkelijk te recyclen, en op petroleum gebaseerde substraten zijn niet erg milieuvriendelijk. Bijvoorbeeld, als op glas gefabriceerde cellen zouden breken tijdens de fabricage of installatie, de nutteloze materialen zouden moeilijk te verwijderen zijn. Papieren substraten zijn beter voor het milieu, maar hebben beperkte prestaties getoond vanwege de hoge oppervlakteruwheid of porositeit. Echter, cellulose nanomaterialen gemaakt van hout zijn groen, hernieuwbaar en duurzaam. De substraten hebben een lage oppervlakteruwheid van slechts ongeveer twee nanometer.

"Onze volgende stappen zullen zijn om te werken aan een verbetering van de stroomconversie-efficiëntie met meer dan 10 procent, niveaus vergelijkbaar met zonnecellen vervaardigd op glas of op aardolie gebaseerde substraten, ", aldus Kippelen. De groep is van plan dit te bereiken door de optische eigenschappen van de elektrode van de zonnecel te optimaliseren.

Purdue School of Materials Engineering universitair hoofddocent Jeffrey Youngblood werkte samen met Kippelen aan het onderzoek.

Een voorlopig patent op de technologie is ingediend bij het Amerikaanse octrooibureau.

Er is ook een ander positief effect van het gebruik van natuurlijke producten om nanomaterialen van cellulose te maken. De bosbouwproductenindustrie van het land verwacht dat er tientallen miljoenen tonnen van kunnen worden geproduceerd zodra de grootschalige productie begint, mogelijk in de komende vijf jaar.

Het onderzoek is het nieuwste project van COPE, die het gebruik en de ontwikkeling van gedrukte elektronica bestudeert. Vorig jaar creëerde het centrum de allereerste volledig plastic zonnecel.