← Terug naar categorie Energie en energiebeheer

Zonnecelgebrek Mysterie opgelost na tientallen jaren van wereldwijde inspanning

silicium zonne-boerderij

Een team wetenschappers aan de universiteit van Manchester heeft een kernfout in zonnepanelen opgelost na 40 jarenlang onderzoek over de hele wereld.

Zonnepanelen behoren tot de meest beschikbare systemen voor het opwekken van energie via hernieuwbare bronnen vanwege hun relatieve kosten en beschikbaarheid van de consument. De meeste zonnecellen behalen echter slechts 20% efficiëntie - voor elke kW equivalent zonlicht kan ongeveer 200W aan elektriciteit worden gegenereerd.

Nu heeft een internationaal team van onderzoekers een fundamenteel probleem opgelost van materiaaldefecten dat de efficiëntie van zonnecellen beperkt en degradeert. Het probleem is al meer dan 40 jaar bekend en bestudeerd, met meer dan 270 research papers toegeschreven aan het probleem zonder oplossing.

Het nieuwe onderzoek toont de eerste waarneming van een tot nu toe onbekend materiaaldefect dat de efficiëntie van siliciumzonnecellen beperkt.

Prof Tony Peaker, die het onderzoek coördineerde dat nu in de Journal of Applied Physics is gepubliceerd, zei: "Vanwege de milieu- en financiële impact is 'efficiëntie-degradatie' van zonnepanelen de laatste vier decennia onderwerp van veel wetenschappelijke en technische belangstelling geweest. Ondanks enkele van de beste geesten in het bedrijf die eraan werken, heeft het probleem zich tot nu toe resoluut verzet tegen de oplossing. "

"Tijdens de eerste bedrijfsuren, na installatie, daalt de efficiëntie van een zonnepaneel van 20% tot ongeveer 18%. Een absolute daling van 2% efficiëntie lijkt misschien niet zo belangrijk, maar als u bedenkt dat deze zonnepanelen nu verantwoordelijk zijn voor het leveren van een groot en exponentieel groeiend deel van de totale energiebehoeften in de wereld, is dit een aanzienlijk verlies aan elektriciteitopwekkingscapaciteit .”

De energiekosten van dit tekort over de geïnstalleerde zonnecapaciteit in de wereld meten in de 10's van gigawatt, dit is gelijk aan meer energie dan het totale gecombineerde aantal 15-kerncentrales in het Verenigd Koninkrijk. Het tekort aan zonne-energie moet daarom worden opgevangen door andere minder duurzame energiebronnen zoals het verbranden van fossiele brandstoffen.

De multidisciplinaire experimentele en theoretische benadering van de onderzoekers identificeerde het mechanisme dat verantwoordelijk is voor Light-Induced Degradation (LID). De combinatie van een gespecialiseerde elektrische en optische techniek, bekend als 'deep-level transient spectroscopy' (DLTS), heeft het bestaan ​​blootgelegd van een materiaaldefect dat in eerste instantie sluimerend aanwezig is binnen het siliciumgebruik om de cellen te vervaardigen.

De elektronische lading in het grootste deel van de siliciumzonnecel wordt onder zonlicht omgezet, een deel van zijn energie genererend proces. Het team ontdekte dat deze transformatie een zeer effectieve 'valstrik' inhoudt die de stroom van foto-gegenereerde ladingdragers (elektronen) voorkomt.

Dr Iain Crowe zei: "Deze stroom van elektronen is wat de grootte van de elektrische stroom bepaalt die een zonnecel kan leveren aan een circuit, alles wat dit belemmert, vermindert effectief de efficiëntie van de zonnecel en de hoeveelheid elektriciteit die kan worden gegenereerd voor een bepaald niveau van zonlicht. We hebben bewezen dat het defect bestaat, het is nu een technische oplossing die nodig is. "

De industriestandaardtechniek die wordt gebruikt om de kwaliteit van het siliciummateriaal te bepalen, meet de 'levensduur' van ladingsdragers, die langer zijn van hoogwaardig materiaal met minder 'vallen'. De onderzoekers in Manchester onder leiding van prof. Matthew Halsall ontdekten dat hun waarnemingen sterk correleerden met deze levensduur van de ladingdrager, die aanzienlijk was verminderd na transformatie van het defect onder verlichting. Ze merkten ook op dat het effect omkeerbaar was, de levensduur nam opnieuw toe toen het materiaal in het donker werd verwarmd, een proces dat gewoonlijk wordt gebruikt om de 'vallen' te verwijderen.

Het klimaatcrisisdebat is in de recente herinnering geïntensiveerd en het streven naar hernieuwbare energie is als een belangrijke beleidsverschuiving gezien. Terwijl het VK onlangs zijn vorige record brak voor een week zonder gebruik te maken van door kolen geproduceerde stroom, zag dezelfde maand dat CO2 in de atmosfeer het hoogste niveau in de geschiedenis van de mensheid heeft overtroffen.

Energie is een van de onderzoeksbaken van The University of Manchester - voorbeelden van baanbrekende ontdekkingen, interdisciplinaire samenwerking en sectoroverschrijdende partnerschappen die enkele van de grootste vragen van de wereld aanpakken.

Procesindustrie Informer

Gerelateerd nieuws

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Ontdek hoe uw reactiegegevens worden verwerkt.