Organische zonnecellen alternatief voor siliciumcellen

Wetenschappers van de Ohio State University hebben een nieuw materiaal voor plastic zonnecellen ontwikkeld. Efficiëntierecords breekt het niet, maar het maakt wel goedkopere zonne-energie mogelijk.

De meeste siliciumcellen hebben momenteel een rendement van tien à vijftien procent. De organische cellen kunnen dit rendement niet evenaren, maar zijn wel aanzienlijk goedkoper te fabriceren. De nieuwe organische cellen kunnen iets minder dan negen procent van het invallende zonlicht omzetten in energie terwijl de productiekosten een factor vier lager zijn. Dit is nog niet genoeg om zonne-energie goedkoper te maken dan elektriciteit uit het stopcontact, maar de onderzoekers hopen de efficiëntie in de komende jaren te verbeteren om dit mogelijk te maken.

De organische zonnecellen maken gebruik van een glazen of plastic ondergrond waarop een laag verf is aangebracht die het licht omzet in stroom. Om een zo hoog mogelijke rendement te halen heeft de onderzoeksgroep twee ideeën gecombineerd. Er wordt gebruik gemaakt van nanodeeltjes om het licht op te vangen en nanotubes om de opgewekte stroom te transporteren. Nanodeeltjes hebben een groot oppervlak om licht op te vangen, maar elektronen kunnen moeilijk bewegen. Elektronen kunnen daarentegen wel prima bewegen door nanotubes, maar deze kunnen minder goed licht opvangen. Door deze twee technologieën te combineren kon een relatief hoog rendement behaald worden.

Reacties (53)

[Anoniem: 206092]

Bijna 9%! Dat klinkt misschien als zeer weinig, maar dat is echt ongelooflijk veel voor dit soort zonnecellen! Heb hier zelf ook aan gewerkt, maar we kwamen niet boven de 1,2%, en andere laboratoria wisten met de duurste technieken destijds ook niet boven de 3% uit te komen.

Als zonneceltechniek ooit doorbreekt, dan zal dit de normale consumenten oplossing zijn. Destijds was dat zoiezo onmogenlijk omdat er in de zonnecellen een vloeibaar electroliet werd gebruikt, wat verdampte en de cellen al na een dag onbruikbaar waren geworden. Ik ben benieuwd of ook daar een oplossing voor is gevonden.

[Speedie76]

Dan zal er eerst wel eens wat meer zon mogen schijnen!!!

[arjankoole]

Dan zal er eerst wel eens wat meer zon mogen schijnen!!!

dus zonder zonlicht doet je rekenmachine op zonne-energie het niet? Die van mij (een Ti-31) doet het zelfs in schemerlicht nog prima. (en het ding is al zo'n 18 jaar oud!!)

Natuurlijk, zo'n zonnecel levert het meeste op als ie volop in de zon staat, satellieten doen het uitstekend op zonne-energie door een combinatie van factoren, een daarvan is: vrijwel zuiver zonlicht. Hier op aarde wordt alles door de dampkring en de ozonlaag gefilterd, maar toch is het zonlicht (en zelfs indirect zonlicht) nog krachtig genoeg.

Deze techniek maakt het goedkoper, het logische gevolg is dat men gaat werken aan het rendement. Uiteindelijk zullen ze daarmee het rendement van de dure zonnecelen zelfs nog wel evenaren, en kan iedereen zo'n paneel op z'n dak zetten zonder dat het een tweede hypotheek kost.

[Reactie gewijzigd door arjankoole op 29 juli 2024 23:24]

[Anoniem: 92624]

Top-zonnecellen (o.a. voor ruimtevaart en universiteiten) halen een rendement van zo'n 30%. In de ruimte is dat nog iets hoger door het ontbreken van atmosfeer.
De productiekosten liggen wel hoog. Die zonnecellen zijn economisch niet rendabel voor onze energievoorziening hier op aarde, maar dus wel voor energie in o.a. het ISS of voor testdoeleinden.

Planten die fotosynthese gebruiken halen rendementen tussen de 21 en 27%
Echter moet je ook energie in het verbouwen van gewassen stoppen en verlies je energie bij omzettingsprocessen. De efficientie daalt hiermee tot onder de 13 tot 18%

Wetenschappers hebben ook al technieken (hydrosol) met nanomembramen ontwikkeld waarmee met zonlicht direct waterstof gemaakt kan worden uit water met een efficientie van 70% !!
Wat de energieprijs daarvan is, is niet bekend, maar het is zeker veelbelovend.

Verder is een zonnecel net zoiets als een geheugenmodule of computerchip.
Als er echt een paar grote fabrikanten zich zouden storten op deze miljarden markt, kan de prijs dalen tot ver onder de conventionele energieprijzen.

Helaas is de overheid eerder bereid om te investeren in 'kolencentrales' en 'kerncentrales'. (corruptie en lobby vanuit de shell's van deze wereld)

[jacobvdm]

Helaas schijnt de zon al tot 20% minder op sommige plekken op onze aardbol, tenminste, dat wil zeggen, 20% minder zonlicht bereikt het aardoppervlak. Dit wordt vooral veroorzaakt door roet deeltjes in de atmosfeer, die ervoor zorgen dat de waterdeeltjes in de wolken niet kunnen samenkomen tot grote druppels, waardoor de wolken weer meer licht terugkaatsen van de aarde af (immers wanneer een wolk uit heel veel kleine waterdruppels bestaat weerspiegelt 't meer licht dan wanneer 't uit minder, maar grotere druppels bestaat).

Om een dramatisch voorbeeld te geven; wanneer, na 11 september, al 't vliegtuigverkeer in de VS voor 3 dagen stil lag, bereikte 15% meer zonlicht de aarde (zelfs in andere delen van de wereld merkbaar) en was de lucht letterlijk lichter en blauwer. Dit kwam overigens ook doordat die vliegtuigen met hun vieze condensatie-strepen de lucht eventjes niet meer vervuilden (de combinatie van alle condensatie-strepen zorgt ook dat meer licht weerkaatst).

[Anoniem: 212607]

Normaal heeft waterdamp net een condensatiekern nodig om te kunnen 'uitregenen'. Dus hoe meer stof e.d. in de lucht, hoe sneller de waterdamp zal condenseren, wat jij nu vertelt is net het omgekeerde, dat lijkt me vrij onlogisch.

Of die waterdamp kan condenseren (veranderen in druppeltjes vloeibaar water), en daarmee wolken gaat vormen, hangt van een heel aantal factoren af. Belangrijk zijn de hoeveelheid waterdamp de luchtdruk en temperatuur. Verder kan waterdamp op zichzelf nooit zomaar druppeltjes gaan vormen. Er is altijd een condensatiekern nodig: een of ander stof- of roetdeeltje waar het water zich op kan afzetten.

Edit: Het lijkt er toch op dat teveel fijn stof in de lucht ook niet goed is: http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/33622335/

[FatalZero]

Ja, dan moeten we geen groene stroom nemen, dus oplossing: Eerst aarde naar de afrond werken door het broeikas effect, hebben we meer zon, dan meer profijt van onze zonnepanelen.

edit: Mijn excuses voor het verkeerd geformuleerde zin, ik bedoelde natuurlijk niet dat we meer zon krijgen. Dat is onmogelijk. Wat ik bedoelde is dat we door de klimaatveranderingen meer effectieve uren zonlicht op een dag hebben met minder bewolking, daardoor natuurlijk een betere opbrengst.

Dit is natuurlijk voordat ik allerlei flames krijg een grapje...

[Reactie gewijzigd door FatalZero op 29 juli 2024 23:24]

[Sir Isaac]

Meer warmte = meer verdamping = meer wolken = minder zon

[Gwaihir]

Het broeikas effect levert niet méér zon. De warmte van de zon komt alleen moeilijker weg. Net als een broeikas dus: de zon kan er ongehinderd in vallen, maar de warmte die onstaat kan er niet zo makkelijk weer uit.

[Anoniem: 104972]

En dat effect wordt weer opgeheven door Global Dimming. Combineer beide en het wordt er niet beter op hier op deze aardbol.

[Anoniem: 204432]

Global dimming? Dat stamt nog uit de tijd van de steenkoolmijnen in Limburg. Misschien iets minder lang geleden, maar toch. Het is toch volledig achterhaald. In de derdewereldlanden, komt dit effect nu nog op, maar hier in Europa moeten we ons geen zorgen maken. Het ergste is al lang achter de rug.

En over het broeikaseffect: De aarde warmt duidelijk op. Maar ik geloof nooit dat dit iets met broeikasgassen kan te maken hebben. Water, planten en zonnevlekken. Dat zijn de dingen die in het verleden de temperatuur veranderden. Het CO2 gehalte heeft in het verleden nog nooit de temperatuur op aarde bepaald.

[bbob]

Wat iedereen vergeet bij dit soort technieken is hoeveel energie kost het om een zonnecel te maken.

Er gaat veel energie in de fabricage zitten en dus moet je denk ik niet kijken naar de efficiency maar juist naar het netto rendement na aftrek van de energiekosten voor de productie.

Als deze cellen goedkoper te produceren zijn en misschien wel met minder energie dan kunnen ze wel minder vermogen hebben maar brengen ze netto misschien wel meer op als duurdere efficientere cellen.

[ATS]

Dat klopt. Die hele efficiënte cellen kunenn echter voor speciale doelen (ruimtevaart bijvoorbeeld) nog altijd de beste optie zijn. Er speelt meer in de afweging...

[kikibu]

Dit is goed nieuws, het betekent dat de EPT (Energy Payback Time) met een factor 2 a 3 omhoog gaat, waardoor het niet meer 3 jaar duurt voordat een zonnepaneel de energie voor zijn eigen productie heeft teruggewonnen.

Dat deze meer ruimte nodig heeft is niet zo erg, want ruimte is er in principe zat. Het probleem is momenteel de kosten van zonne-energie waarom het niet aanslaat. Als het niets zou kosten, zouden namelijk landen met veel woestijn ontzettend veel zonne-inkopen doen om vervolgens lekker stroom te gaan exporteren! Op dit moment is het echter nog te duur, vandaar dat elk proces wat het goedkoper maakt een hele vooruitgang is.

[xdcx]

is het niet momenteel 3 jaar als je zo'n leuke subsidie van de regering krijgt?

[hugoy]

Nee het is 3 jaar voor zonnepanelen de aankoopprijs terugverdienen in de stroom die ze bespaard hebben. Een factor 2 á 3 goedkoper in verhouding zou dus betekenen dat het nog maar 1 a 1,5 jaar duurt voor ze zich terugverdienen

[Part]

Helaas niet de aankoopprijs, daar mag je gerust 15 tot 30 jaar op wachten hier in Nederland.
Het gaat hier om het punt waar de energie die er ingestopt is weer terug gewonnen is.
Dat kan na 3 jaar. Maar dan heb je nog de rest van de kosten: productie, grondstoffen, etc etc.

[kikibu]

Inderdaad, als je goed mijn post hierboven leest zie je dat ik het over de energie heb die erin is gestopt / is verspild om zo'n paneel te maken. De financiële kant is niet zo boeiend; energiebesparing is momenteel hot en wordt alleen maar hotter. En met geld los je het broeikaseffect niet op, wel met schonere energiebronnen.

[OddesE]

Waar kan ik die panelen kopen die zich in drie jaar terug betaald hebben? Die wil ik wel!

[Mizitras]

Je zegt het zelf: ALS

[AntonH]

Misschien is het wel leuk om te weten dat er hier in Nederland best veel onderzoek wordt gedaan naar deze organische zonnecellen, vooral aan de RuG en TU/e. Wel is het zo dat we nog even verwijderd zijn van commercieel gebruik, omdat ze slecht bestand zijn tegen de buitenlucht en er is nog geen goed productieproces bekend. Er gaan dus veel grondstoffen verloren tijdens het maken van zo'n celletje.

Als je kijkt naar hoe snel de ontwikkelingen gaan, duurt dat misschien nog maar een jaar of tien, want begin jaren negentig was het nog onmogelijk om een werkend exemplaar te fabriceren. Ik heb aan het begin van dit jaar een klein onderzoekje gedaan naar de nieuwe ontwikkelingen op het gebied van organische zonnecellen en toen was het zo dat op dat moment een rendement van vijf procent toch echt wel het maximum was. Negen procent is alweer een aardige verbetering, dus nog even geduld voordat ze de silicium cellen voorbij gaan.

Het is trouwens heel erg grappig om te zien hoe je zo'n organische zonnecel maakt: je laat een beetje van je (nog vloeibare) polymeer op een roterend draaivlak uitvloeien, laat het uitharden, steekt er elektrodes in en klaar is je zonnecel .

[leoBO]

bij dit soort onderzoek moet men vaak wel de efficienties met een korrel zout nemen. Meestal gaat het om samples die als beste hebben gepresteerd, wat misschien neerkomt op 1 van de 100 geproduceerde samples. Ik weet het natuurlijk niet dat dit onderzoek op dezelfde wijze is gedaan, maar weet wel dat het vaak zo gaat, bv door bepaalde lui die onderzoek doen naar ijzeroxide als directe zonneergie-watersplit electrodes.

edit: zie nu Mad Mantis' zijn verhaal, dat is natuurlijk ook waar.. maar mag toch hopen dat ze wel een solar simulator gebruiken

[Reactie gewijzigd door leoBO op 29 juli 2024 23:24]

[ATS]

Ik ben vooral ook benieuwd of de efficiëntie over langere tijd zo hoog blijft. Haalt hij na, zeg, 5 jaar gebruik nog steeds dat rendement, of is het dan inmiddels gehalveerd?

[The_Vice]

Maar ze lijken in ieder geval een faktor 4 goedkoper te worden dan gewone zonnecellen, dus bij een paar procent extra rendement zouden ze al gunstiger zijn. alleen heb je wel meer m²´s nodig

[darkfader]

Nu hopen dat ze niet toevallig 4 keer korter meegaan

[Mastakilla]

hoelang gaan huidige zonnecellen dan mee?

wist dat er een vervaldatum op zat nl

[Japs]

Traditionele panelen hebben geloof ik meestal een jaar of 10 garantie, verwachtte levensduur is geloof ik iets van 20 tot 30 jaar.

Ik weet niet of er hierbij nog grote verschillen zijn tussen kristalijn en amorf, maar ik dacht dat dat vergelijkbaar was qua levensduur (mits de amorfe panelen van goede kwaliteit zijn en dus waterdicht blijven; vocht kan de dunne film aantasten).

[XwiZ]

Wellicht is het in Nederland al wel rendabel te maken, vanwege onze (schandalig) hoge stroomprijzen in vergelijking met bijv. de VS. Ik zou weleens een vergelijkende berekening willen zien waarbij de transportkosten en allerlei heffingen bij reguliere stroomvoorziening meegenomen worden in de berekening...

[charlie]

Ipv te stellen dat de energieprijs hier schandalig hoog is, zou je het misschien eens andersom kunnen bekijken...
Eigenlijk is de energieprijs overal (en dus zeker in de VS) schandalig veel te goedkoop, waardoor er schandalig verkwistend mee wordt omgesprongen. Ik klink misschien als een utragroene rakker met paterssandalen, maar misschien kijk je hier binnen een jaar of 50 ook wel anders tegenaan, als de laatste druppel olie opgepompt is...

[Kalief]

Organische zonnecellen ...

*zucht*

Vroeger noemden we zoiets nog "plant".

[Duesenberg J]

Maar de benaming is niet het enige wat verschilt. Planten produceren naar mijn weten geen elektriciteit. Ze gebruiken alleen het zonlicht om bepaalde reacties te laten verlopen, zodat ze groeien.

edit @ hieronder:
Dat wist ik nog niet. Interessant.

[Reactie gewijzigd door Duesenberg J op 29 juli 2024 23:24]

[Kalief]

Ze kunnen wel iets.

Planten kunnen ook lading opbouwen en daardoor in de lucht grote potentiaalverschillen veroorzaken. Boven bossen ontstaat daarom onweer en nimmer boven de open oceaan! Verder kunnen planten elektrische stormen ontwikkelen met grote gevolgen, zoals bij branden in Australië.

[Anoniem: 110237]

Zouden de organische zonnecellen en planten met ladingen in verband kunnen staan met fotosynthese?

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 110237 op 29 juli 2024 23:24]

[ATS]

Ah... Geen onweer boven de oceaan... *zucht*
Onweer kan overal ontstaan. De grote ladingen worden namelijk opgebouwd door de verticale luchtstromingen die onstaan door temperatuursverschillen. Dat gebeurt het meeste boven land, maar het kan weldegelijk op zee, bijvoorbeeld in een frontsysteem.

[HAL 9000]

Onweer ontstaat nimmer boven de oceaan? dat maakt je bron toch wel érg ongeloofwaardig.

[Triek-Meister]

"Dit is nog niet genoeg om zonne-energie goedkoper te maken dan elektriciteit uit het stopcontact,"

Hmm, komt deze elektricireit uit de kraan dan. Lijkt me ook gewoon uit het stopcontact te komen

[xdcx]

nee deze stop je zelf eerst in je stopcontact voordatie eruit komt, de energie waarvoor je betaald waarmee ze vergelijken komt magisch uit het stopcontact zonder dat het er ooit is ingestopt

[Mad Mantis]

Hoewel het Tweakers artikel zegt dat deze efficiëntie gehaald wordt in het zonlicht staat dat niet in het bronartikel. Meestal worden deze efficiëntieniveaus, en hogere, gehaald bij een specifieke golflengte. Maar als dit over het gehele spectrum is dan is het een enorme sprong voorwaarts.

[Anoniem: 142070]

Silicium cellen van het ietwat goedkopere Multi crystaline halen tegenwoordig makkelijk 15% Eff, en het wat duurdere Mono crystaline tot 23%. (productie waarden, geen lab testen)
Wel blijft silicium de grootste kosten post in het produceren van zonnecellen.
(zo'n 75% schat ik)

[Vaudtje]

Silicium is toch gewoon zand? Waar gaan de kosten dan inzitten? Moet je extra super zuiver spul hebben oid?

[Jaco69]

Zand smelt niet zo makkelijk.

[Japs]

Zand is grotendeels Siliciumoxide, dus voor bruikbaar silicium moet het zuurstof worden verwijderd. (geen idee hoe makkelijk dat gaat).
Voor kritstalijn silicium moet je vervolgens een zuiver silicium kristal maken (ik geloof door een kristalkern in een bad gesmolten silicium et plaatsen, en deze heel langzaam eruit te liften). Ik weet niet precies hoe het gaat met multi-kristalijn. Voor amorfe zonnepanelen wordt een dunne laag silicium opgedampt op een drager (is daardoor veel goedkoper: weinig silicium nodig, maar wel minder rendement).

[Coffeemonster]

Het silicium wordt gemaakt door kwartszand (bevat voornamelijk siliciumoxide) te reduceren met houtskool, kolen en/of cokes. Het zuiveren van het silicium gebeurt met een omweg, door het om te zetten naar trichloorsilaan en tetrachloorsilaan, wat wordt gedestilleerd en met waterstof weer wordt omgezet naar silicium.
Monokristallijn silicium wordt inderdaad met een entkristal uit gesmolten silicium gemaakt. Multikristallijn silicium wordt gegoten, wat niet leidt tot een enkel kristal, zoals bij monokristallijn silicium, maar tot tegen elkaar liggende kristallen. Dit zie je ook in veel zonnepanelen terug: het is net een legpuzzel.

Overigens wordt de zuivering van het silicium en het maken van het monokristallijn silicium ook gedaan in de halfgeleiderindustrie. Vaak wordt het silicium dat afgekeurd wordt voor toepassing in chips gebruikt voor zonnepanelen. Er wordt echter onderzoek gedaan naar het opzetten van een productielijn specifiek voor zonnepanelen. Voordeel is dat je iets minder zuiver silicium nodig hebt. Het rendement is dan wel iets lager, maar omdat je niet tot het uiterste hoeft te zuiveren, scheelt dat veel geld en energie.

[Metro2002]

wauw dat is wel goed nieuws zeg. Het materiaal waar traditionele zonnepanelen van gemaakt werden was niet echt ruim voorradig op onze planeet dus als we een ander materiaal kunnen gebruiken zou dat een enorme invloed kunnen hebben op zonnepanelen als alternatieve energiebron. Dan zou het ineens veel interessanter worden.
Alleen die efficiency moet nog wat hoger maar dat komt zeker goed, daar ben ik van overtuigd.

[burne]

Grofweg een kwart van de aarde bestaat uit silicium, en het is op zuurstof na het meest voorkomende element. Hoezo niet ruim voorradig?

[Metro2002]

Ik meende dat er ook edelmetalen als platina ed gebruikt werden in zonnepanelen, al kan ik daar even zo snel niks over vinden dus wellicht heb ik het bij het verkeerde eind.

[Coffeemonster]

Op dit moment worden zonnecellen van silicium het meeste toegepast. De contacten kunnen wel van zeldzame metalen zijn gemaakt (platina wordt overigens bijna niet meer gebruikt; meestal worden contacten op basis van zilver gebruikt), maar dat is maar een klein deel van de totale massa (zeer dunne contacten).

Zonnecellen met een hoog rendement worden vaak gemaakt op basis van gallium en indium (gallium arsenide of galluim indium fosfide). Vooral indium is schaars en duur, maar op korte termijn worden hier nog geen tekorten verwacht, omdat dit type zonnecellen zeer dun zijn. Uiteraard zal je met deze schaarste wel rekening moeten houden, als je dit type zonnecellen in de toekomst grootschalig wil toepassen.

Alle typen zonnecellen zullen echter op de een of andere manier hun lading moeten overdragen aan de buitenwereld. Misschien dat in de toekomst de contacten van anderen metalen/legeringen kunnen worden gemaakt, maar dit kan je niet geheel uitbannen.