Onderzoekers denken dé natuurkundige grens voor zonnepanelen te kunnen doorbreken

In dit artikel:

Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben ontdekt dat hete elektronen in tin-gebaseerde perovskiet veel langer hun overtollige energie behouden dan tot nu toe werd gedacht. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Energy Letters.

In conventionele zonnecellen koelen deze elektronen binnen enkele picoseconden af. De extra energie van zonlicht gaat daardoor vrijwel direct verloren als warmte. Metingen van hoogleraar Maria Antonietta Loi lieten echter zien dat de elektronen in het onderzochte materiaal tot in het nanosecondengebied heet blijven, ongeveer duizend keer langer dan gebruikelijk.

Simulaties van hoogleraar Jan Anton Koster en promovendus Tim Faber verklaren dit gedrag. Warmte die aan het kristalrooster wordt afgegeven, blijft daar tijdelijk aanwezig en kan opnieuw door de elektronen worden opgenomen. Daarnaast zijn lagere energietoestanden soms al bezet, waardoor elektronen minder gemakkelijk energie verliezen. Dit effect staat bekend als band filling en hangt samen met het Burstein-Moss-effect.

De langere levensduur biedt meer tijd om de energie van hete elektronen af te vangen. Dat kan de ontwikkeling van hot-carrier-zonnecellen ondersteunen, die in theorie de klassieke efficiëntiegrens van ongeveer 33 procent voor enkelvoudige zonnecellen kunnen overschrijden. Praktische toepassing is nog niet bereikt: onderzoekers moeten de elektronen snel en selectief uitlezen en hun extra energie efficiënt in elektriciteit omzetten.