Terug in augustus 2014 creëerden onderzoekers van Michigan State University een volledig transparante zonneconcentrator, die elk raam of glasplaat (zoals het scherm van je smartphone) in een fotovoltaïsche zonnecel zou kunnen veranderen. In tegenstelling tot andere “transparante” zonnecellen waarover we in het verleden hebben bericht, is deze echt transparant, zoals u kunt zien op de foto’s in dit verhaal. Volgens Richard Lunt, die destijds de leiding had over het onderzoek, was het team ervan overtuigd dat de transparante zonnepanelen efficiënt kunnen worden ingezet in een breed scala aan omgevingen, van “hoge gebouwen met veel ramen of elk soort mobiel apparaat dat een hoge esthetische kwaliteit vereist, zoals een telefoon of e-reader.”
Nu komt Ubiquitous Energy, een MIT-startup waarover we in 2013 voor het eerst berichtten, steeds dichterbij het op de markt brengen van zijn transparante zonnepanelen. Lunt is medeoprichter van het bedrijf en blijft assistent-professor in chemische engineering en materiaalkunde aan de Michigan State University. In plaats van de componenten te verkleinen, veranderen ze de manier waarop de cel licht absorbeert. De cel oogst selectief het deel van het zonnespectrum dat we met ons oog niet kunnen zien, terwijl het gewone zichtbare licht doorgelaten wordt.
Wetenschappelijk gezien is een transparant zonnepaneel een soort oxymoron. Zonnecellen, met name de fotovoltaïsche, produceren energie door fotonen (zonlicht) te absorberen en deze om te zetten in elektronen (elektriciteit). Transparant materiaal betekent echter per definitie dat al het licht door het medium passeert en op de achterkant van uw oog valt. Daarom waren eerdere doorzichtige zonnecellen eigenlijk maar gedeeltelijk doorzichtig – en als klap op de vuurpijl wierpen ze meestal ook nog een kleurige schaduw.
De organische zouten absorberen UV en infrarood, en zenden infrarood uit – processen die buiten het zichtbare spectrum plaatsvinden, zodat het transparant lijkt.
Om deze beperking te omzeilen, gebruiken de onderzoekers van Michigan State een iets andere techniek om zonlicht op te vangen. In plaats van te proberen een transparante fotovoltaïsche cel te maken (wat vrijwel onmogelijk is), gebruiken zij een transparante luminescente zonneconcentrator (TLSC). De TLSC bestaat uit organische zouten die specifieke niet-zichtbare golflengten van ultraviolet en infrarood licht absorberen, die zij vervolgens luminesceren (doen gloeien) als een andere golflengte van infrarood licht (ook niet-zichtbaar). Dit uitgezonden infrarode licht wordt naar de rand van het plastic geleid, waar dunne stroken conventionele fotovoltaïsche zonnecel het omzetten in elektriciteit.
Als je goed kijkt, zie je een paar zwarte stroken langs de randen van het plastic blok. Maar verder is het actieve organische materiaal – en dus het grootste deel van het zonnepaneel – zeer transparant. (Lees: Solar singlet fission buigt de wetten van de fysica om de efficiëntie van zonne-energie met 30% te verhogen.)
Het prototype TLSC heeft momenteel een efficiëntie van ongeveer 1%, maar ze denken dat 10& mogelijk moet zijn als de productie eenmaal op gang komt. Niet-transparante luminescente concentrators (die de kamer in kleurrijk licht baden) halen een maximum van ongeveer 7%. Op zichzelf zijn dit geen enorme cijfers, maar op grotere schaal – elk raam in een huis of kantoorgebouw – tellen de cijfers al snel op. En hoewel we het waarschijnlijk niet hebben over een technologie die je smartphone of tablet voor onbepaalde tijd aan de praat kan houden, zou het vervangen van het scherm van je apparaat door een TLSC je een paar minuten of uren meer gebruik kunnen opleveren op een enkele batterijlading.
“Het opent een groot gebied om zonne-energie in te zetten op een niet-intrusieve manier,” zei Lunt in een interview met Michigan State’s Today blog. “Het kan worden gebruikt op hoge gebouwen met veel ramen of elk soort mobiel apparaat dat een hoge esthetische kwaliteit vereist, zoals een telefoon of e-reader. Uiteindelijk willen we oppervlakken maken die zonne-energie oogsten en waarvan je niet eens weet dat ze er zijn.”
De onderzoekers – en Ubiquitous Energy – hebben er alle vertrouwen in dat de technologie kan worden opgeschaald van grote industriële en commerciële toepassingen tot consumentenapparaten, terwijl ze betaalbaar blijft. Tot nu toe is een van de grotere obstakels voor grootschalige toepassing van zonne-energie de opdringerige en lelijke aard van zonnepanelen – natuurlijk, als we grote hoeveelheden zonne-energie kunnen produceren uit platen van glas en plastic die eruit zien als normale platen van glas en plastic, dan zou dat ongelooflijk zijn.
Voor meer, lees Hoe werken zonnecellen?
Sebastian Anthony schreef de oorspronkelijke versie van dit artikel. Het is inmiddels bijgewerkt met nieuwe informatie.