Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Onderzoekers willen efficiŽntie zonnecel verdubbelen via quantummechanica

Amerikaanse wetenschappers hebben een prototype van een minuscule fotovoltaÔsche cel ontwikkeld die via een quantummechanisch proces in staat is om het rendement van zonnecellen aanzienlijk te verbeteren. Het bleek mogelijk ťťn foton twee elektronen te laten genereren.

De fotovoltaïsche cel die de wetenschappers hebben gemaakt, bestaat uit twee atomaire lagen van de anorganische verbinding wolfraamdiselenide (WSe2) en een laag van molybdeendiselenide (MoSe2). In deze experimentele fotovoltaïsche cel zagen de onderzoekers dat als een foton op de lagen wolfraamdiselenide komt, er een elektron vrijkomt dat zich vrij kan bewegen door het geleidende materiaal. Dat gebeurt ook bij normale fotovoltaïsche cellen, maar het materiaal van de Riverside-universiteit vertoonde interessante eigenschappen.

Op het punt waar de twee materialen in contact zijn, gaat het elektron over in het molybdeendiselenide. In die tweede laag krijgt het elektron een lagere energiestaat, waarbij de extra energie die vrijkomt bij de overgang, een tweede elektron in het wolfraamdiselenide bleek te kunnen genereren. Door een zwak elektrisch veld met een spanning van 1,2V toe te passen, beweegt het elektron naar het molybdeendiselenide. De energiestaat van elektronen in dat materiaal is lager dan in het wolfraamdiselenide, zodat het elektron energie kwijt kan raken, genoeg om een tweede elektron in het wolfraamdiselenide vrij te maken.

Dit zou werken omdat atomaire monolagen van de twee verbindingen gebruikt worden, waardoor quantummechanische effecten optreden. De elektronen die vrijkomen gedragen zich als golven, waarbij de diktes van de materialen de golflengte van de elektronen benaderen. Dat sluit de elektronen op, maar hoe dat exact leidt tot voldoende energie om een tweede elektron vrij te maken, is onduidelijk. Wel zouden mogelijk nog meer elektronen vrijkomen op het moment dat de temperatuur wordt verhoogd: de onderzoekers deden hun experimenten bij 340K, ongeveer 70 graden Celsius.

In reguliere zonnecellen genereert een foton in de regel slechts één elektron. Een verdubbeling daarvan zou betekenen dat er dubbel zoveel elektriciteit kan worden gegenereerd. Omdat de gebruikte materialen slechts de dikte van een atoom hebben, vrijwel transparant zijn en flexibel zijn, kunnen ze volgens de onderzoekers uiteindelijk bijvoorbeeld worden geïntegreerd in verf, zonnecellen of zelfs textiel.

Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Nanotechnology, onder de titel Hot carrier-enhanced interlayer electron–hole pair multiplication in 2D semiconductor heterostructure photocells.

Door

Nieuwsredacteur

60 Linkedin Google+

Reacties (60)

Wijzig sortering
Zou dit ook een toepassing kunnen vinden in (veel lichtgevoeliger) sensors voor in digitale camera's?
Die bestaan al in de vorm avalanche photo diode image sensors.
Ander principe dan hier beschreven maar het komt er op neer dat 1 foton 10000 elektronen genereert.
Zie hier:
http://news.panasonic.com...60203-13/en160203-13.html
Dat was ook mijn eerste gedachte. Je zou gevoeligere sensors kunnen maken met dit principe, door juist extra energie erin te pompen, voor situaties met weinig licht. Je hebt dan minder fotonen nodig om tot bruikbare elektrische signalen te komen.

Toepassing in zonnecellen voor energieopwekking is voorlopig zinloos, zolang er niet ook een massaproductie methode aan vast zit.
Ik vermoed van wel, maar met 70oC wordt het er wel een met een dik accupack ernaast. Astronomen zullen er vast heel blij van worden, militairen ook. Gaat wel even duren voor jij zo'n ding in je telefoon hebt.
Ik ben geen natuurkundige maar ik snap de doorbraak niet echt: klinkt alsof je oftewel veel energie stopt in 1 electron uit zijn baan te gooien oftewel weinig energie in 2 electronen. Dan levert je paneel toch niet meer energie op?
Dat is slechts ťťn van de punten van kritiek die ik op het stuk heb.

Het andere punt is dat WSe2 zowieso al een relatief lage efficiŽntie heeft. Met een absorbtie vermogen van slechts 5% en zelfs daar nog maar een efficiŽntie van 10% op praten we hier over een "verdubbeling" van 0.5% naar 1% terwijl andere materialen al richting de 20% of 30% gaan.

Als ze ditzelfde met Perovskiet of zelfs met Silicium of Galium gebasseerde cellen zouden kunnen doen dan heb je mischien iets zinvols. Maar met Wolfram gaat het geen zoden aan de dijk zetten.
Als ze ditzelfde met Perovskiet of zelfs met Silicium of Galium gebasseerde cellen zouden kunnen doen dan heb je mischien iets zinvols. Maar met Wolfram gaat het geen zoden aan de dijk zetten.
Voordat je een bepaald fenomeen aan kunt tonen moet je wel eerst weten dat het Łberhaupt bestaat. Als het makkelijker te demonstreren is in wolfraam, schrijf dan alsjeblieft een paper over wolfraam, dan kunnen we daarna verder zoeken in andere materialen.
Zou het niet mogelijk zijn om deze laag/technologie toe te passen om de elektronen uit 'gewone' zonnecellen nog even te verdubbelen? Op dit moment doen ze het vanuit licht, maar dit lijkt me een doorbraak in fundamentele kennis, hier is het laatste onderzoek nog niet over gedaan.
Ja en nee. Het hangt er van af waar je het electron voor gebruikt.
Als je een electron gebruikt om een molecuul te splitsen in 2 delen (batterij), gaat alle extra energie in de beweging van de twee delen zitten (overtollige energie wordt warmte).
Als je ťťn electron kan omzetten in twee, beide met genoeg energie om een molecuul te splitsen, heb je 2x zoveel energie opgeslagen (en minder warmte gegenereerd).
Echt zo'n onzin dit. Als je meer elektronen nodig hebt, transformeer je je stroom gewoon naar een lager voltage, daar heb je geen 'baanbrekende zonnecel-energie' voor nodig. Bovendien gaat het hier niet om 'energie opslaan' maar 'energie opwekken'.
Transformeren kan niet met gelijkstroom. Je hoeft m'n argumenten niet te geloven; ga gewoon lekker googlen.
Of optie 2: wetenschappers zijn schijnbaar flink bezig met dit type coating, dus hoge energie-elektronen splitsen zal wel interssant zijn. Of je het nu als onzin vindt klinken of niet.
Dus AC/DC converters bestaan ook niet? Oh well. Google het lekker zelf jungs :)

Bottomline blijft dat je elektronen-multiplication niks met efficientie van zonnecellen te maken heeft. Maar spin het anders nog een keertje.

[Reactie gewijzigd door Boxman op 16 oktober 2017 00:52]

AC/DC converters van 2 atomen dik, die hun werk doen geÔntegreerd in een zonnecel, zonder verlies, die bestaan inderdaad niet.
Ik ben echter ook geen expert. Als je je vragen stelt aan de wetenschappers die fulltime aan dit onderzoek werken, krijg je vast een reden waarom ze zo graag die electronen splitsen.
Ah meneer heeft dus zelf eigenlijk geen idee waar hij het over heeft. Je hele argument slaat gewoon nergens op. Niemand heeft een zonnecel specifiek nodig om iets on-elegants als een batterij op te laden. Maak dat argument dan ook niet als je het niet substantieel kan backen.

Term 'efficientie' is nog steeds misbruikt, ik blijf het herhalen gezien jij dat kritische punt blijft negeren. Het paneel lever niet meer energie op, basta.

[Reactie gewijzigd door Boxman op 16 oktober 2017 18:33]

Leuk berichtje van MIT: http://news.mit.edu/2013/photon-to-electron-conversion-0418

Eigenlijk is alles wat ik beweer samen te vatten tot de volgende 2 uitspraken, die equivalent zijn. Een is van mij, de ander uit het artikel:
Als je ťťn electron kan omzetten in twee, beide met genoeg energie om een molecuul te splitsen, heb je 2x zoveel energie opgeslagen (en minder warmte gegenereerd).
In a standard cell, any excess energy carried by a photon is wasted as heat, whereas in the new system the extra energy goes into producing two electrons instead of one.
Het electron vervolgens gebruiken om een batterij op te laden is maar een voorbeeld.

Nogmaals: ik moedig je van harte aan zelf op onderzoek te gaan en artikelen in dit veld te lezen. Als je mijn reacties wegzet omdat ze niet kloppen met jouw kennis rondom dit onderwerp, dan zou ik graag artikelen lezen die mijn ongelijk bewijzen. (En daarmee wordt ook direct ff het vakgebied van deze wetenschappers opgeheven)

[Reactie gewijzigd door Aial0n op 16 oktober 2017 22:57]

Ik snap niet waarom je blijft hameren op energie opslaan. Dat is in beginsel niet waar het over gaat maar wel waar ik op reageerde. Zeggen dat je beter batterijen kunt opladen en dat daarom de efficientie van je zonnecel verhoogt, slaat als een tang op een varken.

Het berichtje van MIT wat jij linkte is niet wat er aan de orde is in dit artikel op Tweakers. Daar worden daadwerkelijk twee elektronen rechtstreeks door het foton gemaakt waar de restenergie van het foton gebruikt wordt, niet door het vrijgekomen elektron wat een deel van zijn energie in het vrijmaken van een extra elektron steekt zoals in deze zaak.

Je moet gewoon beter lezen kerel, je hebt simpelweg niet op een rijtje waar je het over hebt.

- Dit tweakers artikel heeft het over electron multiplication binnen de zonnecel wat zogenaamd de 'efficientie' verhoogt. Is niet zo.
- Jij hebt het over een chemisch proces zoals het opladen van een batterij, iets wat compleet losstaat van een zonnecel. De spanning en stroom voor het opladen van batterijen wordt geregeld door de logica van je oplaadcircuit, niet door 'baanbrekende technologie' in je zonnecel
- Je linkt artikels die niks met dit artikel of met batterijen opladen te maken heeft

Ik laat het hier verder bij. Sla je natuurkundeboeken nog eens open en kom erachter dat PV niks met 'opladen' of 'energie opslaan' te maken heeft.

Edit// Het originele paper heeft het zo te zien ook nieteens over energie-efficientie, maar electron-hole pair efficiency. De hele reden waarom deze technologie interessant is, is photodetector sensitivity, dus voor meetapparatuur. Niet om zoveel mogelijk energie op te wekken. Alles wat jij erover hebt gezegd slaat dus gewoon nergens op in de context van deze 'ontdekking'. Het is helemaal niet de bedoeling om dit toe te passen in commerciele zonnecellen ter energie-opwekking. De insteek is helemaal niet energie-efficientie, maar sensor sensitivity.

[Reactie gewijzigd door Boxman op 17 oktober 2017 10:31]

Ze hebben de term "efficientie" misbruikt. Allicht, als "het aantal elektronen" je doel is, heb je een dubbele efficientie in het aantal elektronen dat je vrijmaakt met een enkel foton.

Echter in zonnecellen wordt 'efficientie' gebruikt om aan te duiden hoeveel energie van het inkomende licht kan worden omgezet in energie. Een foton heeft een bepaalde hoeveelheid energie. Als je die volledig kan omzetten naar elektrische energie, wordt er gesproken van 100% efficientie. Het 'aantal elektronen' dat je daarbij maakt is geen maat voor de omgezette energie.

Oftewel, misbruik van een term die in photovoltaics altijd voor "efficientie van energie-omzetting" wordt gebruikt.
ook geen natuurkundige hier, maar ik geloof, correct me if im wrong, dat het aantal vrije electronen rechtstreeks verband houdt met de current van een systeem. Dus toename van 1 naar 2 vrije electronen levert een verdubbeling in stroom op. Het gaat er niet perse om dat ze weinig of veel energie hebben, maar dat ze vrij zijn. Maar nogmaals, ik weet het ook niet zeker :'D
Ik kan een hele hoge stroom maken zonder daar veel energie aan kwijt te zijn; laag voltage. Je hebt niks aan 'veel elektronen' als ze laag energetisch zijn.
Je hebt niks aan 'veel elektronen' als ze te laag energetisch zijn. Blijkt dus, veel electronen hebben iets meer dan de dubbele energie als nodig, dus ze splitsen in 2en is geweldig.
Wat jij zegt slaat nergens op, kan er niet meer van maken helaas. Twee keer zoveel elektronen op een twee keer zo laag voltage = dezelfde energie.
Twee keer zoveel elektronen op een twee keer zo laag voltage = dezelfde energie.
Inderdaad.
Maar waar gaat die energie heen?

Als je energie gebruikt om een molecuul te splitsen en zo energie op te slaan (=werking van een batterij) dan wordt alle overige energie omgezet in warmte en warmte is niet bruikbaar.
Als je in plaats daarvan 2 electronen hebt die nťt genoeg energie hebben voor de splitsing van een molecuul, krijg je een stuk meer nuttige energie.

De crux zit hem erin dat 1 electron geen 2 moleculen kan splitsen, zelfs als hij daar wel genoeg energie voor zou hebben.
Je maakt nog steeds geen sense. De elektronen van een zonnepaneel worden gewoon rechtstreeks gebruikt als elektriciteit (na conversie), daar komt geen molecuulsplitsing aan te pas. Bij 'efficientie van een zonnecel' is het totaal niet terzake doend waar de elektrische energie voor wordt ingezet.

Bovendien, als je om wat voor arbitraire reden dan ook meer stroom dan voltage nodig hebt, kun je je elektriciteit gewoon transformeren naar het gewenste voltage+stroom..

[Reactie gewijzigd door Boxman op 14 oktober 2017 17:10]

Klinkt allemaal zeer veelbelovend, maar die laatste zin klinkt als extreme clickbait.

Ze hebben het dus over een ongetwijfeld complex quantum-mechanisch proces van twee lagen die op extreem kleine afstanden met elkaar samenwerken om een extra electron vrij te maken op nota bene 70 graden in een spanningsveld... en dat stoppen we in verf of kleding.

Na (veel) extra research is dit misschien wel mogelijk, maar door dit nu zo te noemen komt het op mij over als een manier om de massa 'alvast' enthousiast te maken, maar ik heb moeite te geloven dat de onderzoekers zelf het idee hebben dat dit binnen afzienbare tijd gaat gebeuren.
Ik zie niet in wat dat met clickbait heeft te maken. Wat je bij dit soort experimentele wetenschappelijke 'vondsten' bijna altijd ziet is dat de onderzoekers natuurlijk ook vooruit denken en maar al te graag willen noemen waar dit uiteindelijk toe kan leiden. Logisch natuurlijk, anders blijft het wel heel abstract, en tenslotte willen ze ook wel dat hun onderzoek wat meer onder de aandacht komt. Ik zie niet in wat er mis mee is te noteren waar dit onderzoek uiteindelijk concreet toe kan leiden (volgens de wetenschappers zelf); als je dat niet noemt, dan mis je ook meteen een stukje relevantie van waarom dit nieuws interessant is. En volgens mij staat nergens dat ze denken dat dit allemaal binnen afzienbare tijd gaat gebeuren. We hebben het hier over een prototype op atomaire schaal, een experiment in het lab. Dat is nog ver verwijderd van een stabiele toepassing inclusief fatsoenlijke schaalbaarheid voor massaproductie.

[Reactie gewijzigd door Koekiemonsterr op 12 oktober 2017 13:31]

En niet te vergeten: er moeten zo nu en dan lovende persberichten uit om financiering voor je onderzoek te krijgen. Dat speelde al in Nederland toen ik studeerde, Amerikanen zijn daar helemaal overdreven in. Een Amerikaanse stagair op mijn afstudeerfaculteit bracht zijn resultaten altijd alsof hij eigenlijk de volgende Nobelprijs verdiende.
Klopt, dat is ook nog een punt dat sterk(er) speelt in de VS.
Klinkt allemaal zeer veelbelovend, maar die laatste zin klinkt als extreme clickbait.
Ik denk dat je eens moet nakijken wat clickbait precies is.
Ze hebben het dus over een ongetwijfeld complex quantum-mechanisch proces van twee lagen die op extreem kleine afstanden met elkaar samenwerken om een extra electron vrij te maken op nota bene 70 graden in een spanningsveld... en dat stoppen we in verf of kleding.
Je kunt beide materialen in een zeer dun lint op elkaar plakken, gesandwicht tussen twee geleidende materialen om het spanningsveld op te wekken.. Dat lint kun je als vezels door verf mengen of in kleding verwerken. Ik weet alleen niet hoe belangrijk de temperatuur is, of hoe ze de vezels willen aansluiten. Maar daar zal met iets meer tijd dan vijf minuten ook best wel iets op te vinden zijn.
Als we de rentabiliteit van zonnecellen zo kunnen blijven verhogen kan dit het energieprobleem wel eens oplossen.
Omdat de gebruikte materialen slechts de dikte van een atoom hebben, vrijwel transparant zijn, en flexibel zijn, kunnen ze bijvoorbeeld worden geÔntegreerd in verf, zonnecellen of zelfs in textiel.
Een laagje verf op iedereen zijn dak, veel makkelijker dan dit gaat het niet worden.
Energieprobleem ? We hebben geen energieprobleem. Er is energie ZAT om ons heen. We hebben een finacieel/management probleem.
Precies.. kernenergie
Kernenergie is helaas geen optie. De gevolgen zijn te groot wanneer het mis gaat en waar mensen werken worden nu eenmaal fouten gemaakt. Daarnaast is het afvalprobleem nog niet echt opgelost. (Diep wegstoppen en hopen dat er de komende 10.000 jaar niemand gaat graven vind ik geen oplossing.)

Kernfusie zou een oplossing kunnen zijn, maar dat is al meer dan 50 jaar een belofte voor over 30 jaar.
Maar een elektron heeft toch massa? Niet veel, maar wel een beetje. Hoe kan zo'n elektron zich dan als een golf gedragen? Wat gebeurt er dan met die massa?
Welkom in de wondere wereld van de kwantummechanica :)
Meer info kun je hier vinden.
Dat is nu quantumfysica. :)
Mooi al dat stof in die laserstraal, maar er mag wel eens gestofzuigd worden :).

[Reactie gewijzigd door teek2 op 12 oktober 2017 13:17]

Als ze dat zouden doen dan zie je de laserstraal niet meer...... En laat dat nou net wťl de bedoeling zijn. Als je de straal niet meer ziet kun je ook geen indrukwekkend filmpje meer maken :p
Zouden er dan ook bedrijven zijn die stof verkopen voor demonstratie doeleinden? :+
Bord veeg borstels even tegen elkaar kloppen? Of zijn er tegenwoordig geen krijtborden meer in gebruik?
"Omdat de gebruikte materialen slechts de dikte van een atoom hebben, vrijwel transparant zijn, en flexibel zijn, kunnen ze bijvoorbeeld worden geÔntegreerd in verf, zonnecellen of zelfs in textiel."
En dat is waar de fantasie toeslaat. Dat de cellen uit een laagje wolfraamdiselenide en een laagje molybdeendiselenide van elk slechts ťťn atoom (molecule?) dik bestaan, lijkt essentieel voor de ontdekte werking. Het lijkt praktisch onmogelijk om verf of textiel te ontwikkelen dat die twee lagen op de vereiste manier opbouwt.
En dan is er nog het praktische probleem om er een rooster overheen te leggen en draden op aan te sluiten om de opgewekte stroom ook daadwerkelijk uit de cel te krijgen. En natuurlijk hoe kwetsbaar die twee dunne lagen bij gebruik in verf of textiel zijn.

Jammer dat dit artikel niet beschrijft of speculeert over hoe deze geweldige ontdekking in de toekomst kan leiden tot (veel) efficiŽntere zonnepanelen.
Je zou beide lagen van ťťn atoom dik alvast op elkaar kunnen zetten en als vlokjes in een oplossing/verf kunnen suspenderen (wat nu ook al met het verfpigment gebeurd; dat zijn deeltjes in een waterige oplossing).
Met het doorgeven van de electronen heb je een heel goed punt. Je moet al richting geleidende polymeren oid gaan, waarbij je verf dus een soort electrode is. Geleidende verf lijkt me echter een recept voor problemen.

Wellicht is dit onderzoek echter via een omweg veel makkelijker toepasbaar: laat 'normale' zonnecellen de fotonen omzetten naar hoog-energetische electronen en gebruik (de kennis van) dit materiaal om de elektronen 'nog effe' te verdubbelen in aantal.
Ze zijn anders goed op weg...

https://www.csiro.au/en/R...onics/Printed-Solar-Cells

Tis logisch dat niet direct na het vinden van een nieuwe techniek of materiaal ůůk al de toepassing gereed is...

Wellicht zullen de laagjes van elk 1 atoom in een top en onderlaag verpakt worden met nog steeds ultra dunne en flexible toepassingen... met een betere effientie.. dan op dit moment mogelijk.

Als het printen mogelijk is...waarom niet verwerkt in een laagje(s) verf... ?

"Textiel" zal dan wellicht ook bestaan uit de huidige gebruikte materialen gemixed met geleidend weefsel... met daarop of ertussen een coating van deze vinding...

Dat is niet zover gezocht..theoretisch gezien...

En wat in de 50 en 60ťr jaren werd bedacht in Sci-fi films.. toen praktisch onmogelijk... heeft de huidige stand v/d tech het wel mogelijk gemaakt...

Ps... vergeet ook niet..dat elke tussenstap vaakl als een "doorbraak "wordt gebracht...dat leverd hier en daar wat meer geld op voor verder onderzoek...
Lees ik nu goed dat het bij hoge temperaturen mogelijk beter zou werken? Dat zou haaks staan op normale zonnepanelen die minder efficient worden bij hogere temperaturen.
ja... dat soort dingen kwamen ook meteen in mij op. Aangezien de online media er tegenwoordig een zooitje van maakt als het op wetenschap aankomt, neem ik dit bericht ook maar met een kilo zout.
neem ik dit bericht ook maar met een kilo zout
Waarom? De link naar het originele artikel (of, als je geen subscription hebt, naar de abstract) staat er gewoon bij.
Wel zouden mogelijk kunnen nog meer elektronen vrijkomen op het moment dat de temperatuur wordt verhoogd: de onderzoekers deden hun experimenten bij 340K, ongeveer 70 graden Celsius.
En hoe werkt het op kamer/buiten temperatuur lijkt me dan de ham vraag. Als je energie moet toevoegen om energie op te weken... klinkt nou niet echt als en geweldig rendement. En dan de andere vragen nog prijs, milieu enz enz

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.


Apple iPhone X Google Pixel 2 XL LG W7 Samsung Galaxy S9 Google Pixel 2 Far Cry 5 Microsoft Xbox One X Apple iPhone 8

© 1998 - 2017 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Hardware.Info de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True

*