Uitgelicht: Plastic chips als goedkoop alternatief?

13 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Uitgelicht: Plastic chips als goedkoop alternatief?
  2. 13 reacties

Uitgelicht: Plastic chips als goedkoop alternatief?

Dit 'Uitgelicht'-artikel is geschreven door Madphil.

De ontwikkeling van een goedkoop plastic infrarood fotovoltaisch (elekktriciteit opwekken door middel van licht) materiaal door een groep aan de Universiteit van Toronto zou wel eens een grote stap voorwaarts kunnen betekenen voor zonne-energie, door systemen die worden gevoed door zonne-energie ook infrarood te laten opnemen.

Het materiaal incorporeert nanodeeltjes, of quantum-dots, in een polymeer materiaal. “We hebben een plastic materiaal ontworpen dat fysiek flexibel is, je zou het dus zelfs ergens op kunnen schilderen door het in een verfoplossing te stoppen,” stelt professor Ted Sargent van de Universiteit van Toronto. “Op welke manier je het ook aanbrengt, na droging heb je een dun en glad oppervlak dat de basis kan vormen voor een elektronisch apparaat.”


Professor Edward Sargent

De groep van Sargent heeft al plastic chips gedemonstreerd die infrarood licht uitstralen, maar dit zijn detectoren die infrarood licht op kunnen nemen. Sargent gelooft dat grote oppervlakten van fotovoltaische infrarode materialen binnen 10 jaar gemeengoed zullen worden, afhankelijk van de kosten.

Deze nieuwe materialen waren niet het oorspronkelijke doel van het onderzoek. “Ons eerste doel was een infrarood detector, die infrarode optische signalen om kan zetten in elektrische signalen,” volgens Sargent. “Als bonus, omdat we niet hadden verwacht dat dit zou werken, ontdekten we dat het ook een prima materiaal was om de kracht van de zon op te slaan.”


Een proefopstelling waarbij fotovoltaisch materiaal getest wordt.

“Er bestaan al infrarode fotovoltaische cellen die niet van plastic zijn, en er zijn ook al plastic fotovoltaische materialen, maar wat wij hebben gedaan is deze twee combineren, en dat is nog nooit gedaan.”

Ook anderen hebben exotische methoden ontwikkeld om het hele spectrum van de zon op te slaan. Sandia National Labs bijvoorbeeld heeft een schotel gebaseerd op de Stirling engine ontwikkeld die in een massale 11 vierkante mijl opstelling evenveel energie op moet wekken als de Hoover Dam.

Sargent beweert dat zijn plastic fotovoltaisch materiaal aangepast kan worden, met elke mogelijke verhouding aan quantum-dots afhankelijk van het gewenste spectrum dat opgenomen moet worden, tot een zonnecel die het hele spectrum op kan nemen. “In het verleden hebben fotovoltaische cellen niet dat andere infrarode deel van het spectrum op kunnen nemen, maar nu dus wel.” Nanodeeltjes vergroten de quantummechanische eigenschappen van een materiaal, omdat hun elektronen beperkt zijn tot een volume kleiner dan de golflengte van het elektron. “In ons materiaal is de golflengte van een elektron ongeveer 20 nanometer,” zegt Sargent, “maar de quantum-dots die wij gebruiken variëren van 2 tot 6 nanometer in diameter. Hierdoor worden de elektronen erg sterk samengeperst.”


Organiseerbare polymere bolletjes

“De grootte van de nanodeeljes bepaalt de golflengte waarop je materiaal gevoelig is. Door semi-geleidende deeltjes te maken die maar een paar nanometer in grootte zijn, persen wij de elektronen zo ver in elkaar dat de eigenschappen van hun golflengte niet langer genegeerd kunnen worden. Hierdoor wordt het een quantum mechanisch fenomeen, een zogenaamde quantum-dot.”

Sargent koos de 2 tot 6 nanometer grens van nanodeeltjes om een erg groot deel van de golflengte te kunnen bevatten, startend in het infrarood en doorgaand tot in het zichtbare licht. Echter voor de demonstratie wilde hij enkel de eerste zijn, niet de meest efficiënte. De volgende stap van zijn groep is om te bewijzen dat de effectiviteit kan concurreren met die van de huidige silicium cellen. De huidige 1-nanometer coating is te dik, het moet de elektronen gemakkelijker worden gemaakt om aan de nanodeeltjes te kunnen ontsnappen door de coating dunner te maken.

Vandaag de dag presteren plastic fotovoltaische cellen met ongeveer 6 procent efficiëntie. Sargent claimt dat zijn ontwerp uiteindelijk met ongeveer 30 procent efficiëntie kan werken, en daardoor kan wedijveren met silicium cellen.

0
*