Wetenschappers maken zonnepaneel van microantennes

Israëlische wetenschappers maken een zonnepaneel van antennes met een lengte van minder dan een micrometer. De antennes zouden zonlicht efficiënter kunnen omzetten in elektriciteit dan zonnecellen van silicium.

Zonnecellen kunnen maar een beperkt deel van het totale lichtspectrum opvangen en absorberen dus slechts een fractie van de beschikbare energie, betoogt Koby Scheuer van het Department of Physical Electronics van de Tel Aviv University. Antennes worden normaal gemaakt om radiogolven op te vangen, maar Scheuer en zijn team maken antennes zo klein dat ze kortere golflengtes van licht kunnen opvangen. Ze gebruiken daarvoor antennes met een lengte van minder dan een micrometer.

"Een groep antennes van verschillende lengte kunnen op dezelfde manier en van hetzelfde materiaal gemaakt worden, en zo het gehele beschikbare spectrum van licht exploiteren", meent Scheuer. Een zonnepaneel van antennes zou dan ook goedkoop te produceren zijn.

Om een idee te krijgen van de efficiëntie mat het onderzoeksteam de capaciteiten van de micro-antennes om inkomende straling opnieuw uit te zenden. Bij de eerste testen bleek 95 procent van de inkomende energie weer uitgestuurd te kunnen worden, volgens Scheur een indicatie dat het circuit efficiënt ingezet kan worden.

Het uiteindelijke doel van de wetenschappers is om een zonnepaneel van een laag plastic te maken, waarop met een lithografiemachine antennes van verschillende lengte en vormen geëtst worden. Het team heeft al een model gereed, maar richt zich nu op het verbeteren van de conversiecapaciteit van de antennes. Details over de huidige efficiëntie geven de onderzoekers niet.

Reacties (68)

[WeedTiger]

Correct me if I'm wrong, maar waren er laatst niet wat wetenschappers die een flexibel materiaal hadden voor zonnen panelen dat bijna 100% kon op vangen?

Edit:
Las ik op nu.nl tenminste...
http://www.nu.nl/wetensch...re-zonnecel-in-zicht.html

[Reactie gewijzigd door WeedTiger op 27 juli 2024 12:06]

[Verwijderd]

Ze hebben in die onderzoek het licht nog niet naar electriciteit omgezet. Ze hebben alleen gemeten hoeveel licht het materiaal absorbeerd. Wat opzich al een verbetering is, maar nu het omzetten nog.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 27 juli 2024 12:06]

[Pinkys Brain]

Yep, dit is het grote probleem ... dipool antennas voor zichtbaar licht zijn niet nieuw, gelijkrichting is het grote probleem. MIM diodes zitten dichtbij maar zijn er nog niet, en de goedkope constructie over grote oppervlakken zit er ook niet in.

IMO heeft Scitech Solar de meeste potentie om dit probleem op te lossen (gebruiken een vorm van MIM diode waar de geometrie van de MIM overgangen zorgt voor de gelijkrichting in plaats van materiaal eigenschappen).

[elteck]

Die MIM diode (=Metaal Isolator Metaal), die kende ik nog niet. Voor diegenen die nieuwschierig zijn, hier een paar leuke goede linkjes. Ze zijn wat ouder, maar het concept staat er heel helder. Over de Antenne: http://www.inl.gov/pdfs/nantenna.pdf en over MIM: http://www.nrel.gov/docs/fy03osti/33263.pdf.

Als je die artikelen leest, zie je dat de verliezen in het gelijkrichten zitten, en die zijn nog behoorlijk hoog. Maar wel leuk om te zien, het is gewoon een AM ontvanger,voor zonlicht.

[Timo002]

Het zou wel erg mooi zijn als je dakpan gewoon een groot zonnepaneel is. En de energie dan bv via de panlatten doorgegeven wordt. Als er dan ook nog eens een rendement van 90% is, dan ga ik investeren in een nieuw dak!

[Fealine]

Ik ben benieuwd wat er gaat gebeuren wanneer een groot gedeelte van de wereld bevolking ook zo denkt. Een groot gedeelte van de zonnestralen boven een dicht bevolkt gebied zal grotendeels worden geabsorbeerd en omgezet naar electiciteit. Is dit DE oplossing voor het broeikas effect en het opwarmen van de aarde?

[Terracotta]

Die energie wordt toch als warmte afgegeven aan de omgeving als de electriciteit die ermee gemaakt wordt verbruikt wordt.

[dammerlaan]

in theorie gebeurt dit ook met het huidige zonlicht wat instraalt en niet wordt gebruikt middels panelen en stroomomzetting, het kan namelijk nooit MEER energie worden.
Er zal enige reflectie van licht en IR terug de ruimte in zijn, en juist die enorme dikke deken van broeikasgassen voorkomt nu dat dit kan. DAAR zit nu juist ons huidige probleem wat je met zonnepanelen juist voorkomt/oplost/omzeilt.

[Ramoncito]

Niet alleen thuis, maar voor electrische auto's of motoren lijkt me zo'n coating met microantennes een zeer welkome verbetering, of wat dacht je van lantaarnpalen die zo'n coating hebben en dan 's nachts met LEDs kunnen verlichten

[themac1983]

dat ging over materiaal die meeboog met de zon toch? zodat er meer ligt op valt gedurende de hele dag?

[Aham brahmasmi]

Nee. Silicium nanokristallen; die kunnen blijkbaar efficiënter licht naar stroom omzetten.

[biert1982]

Als ik dit zo lees dan vraag ik me af of er naast zichtbaar licht ook nog andere energetische straling om gezet wordt in energie door deze panellen. Deze techniek zal d.m.v. antennelengte alle soorten straling in principe kunnen opvangen en omzetten in energie.

[themac1983]

uhhmm.. naast zichtbaar licht is ook onzichtbaarligt. die vangen deze jongens op

[Boxman]

Nee, je hebt licht en daarnaast electromagnetische straling. Licht is gedefinieerd als het voor de mens zichtbare deel van het electromagnetisch spectrum - onzichtbaar licht bestaat per definitie niet. Bij IR en UV hebben we het alweer over straling.

Verder is die straling minder relevant, aangezien de zon het sterkst straalt in het zichtbare spectrum. Het is dus alsnog het belangrijkst dat deze antennes in het zichtbare gebied het meest efficient zullen zijn. Langere golflengtes zijn minder interessant wegens de veel lagere intensiteit.

[misterbennie]

Plaatje met grafiek

[carlo]

Duidelijk plaatje.
Hieruit blijkt dat op zeeniveau ruim de helft van de energie die de zon uitstraalt beschikbaar is in de relatief nauwe band van van (zichtbaar) licht. De overige helft is verspreid over een veel groter frequentiebereik, minder makkelijk af te vangen maar Biert1982 heeft wel een punt. Het elektromagnetisch spectrum dat door de zon wordt uitgestraald bevat meer energie dan alleen maar het licht dat we zien.

[Boxman]

De verhouding energie binnen en buiten het zichtbare spectrum is ook buiten de atmosfeer en direct naast de zon vrijwel gelijk aan de verhouding op zeeniveau.

De black-body curve is namelijk de stralingscurve van een ideale straler, dus dit zou je mogen zien als de situatie direct naast de zon (een bijna-ideale straler). Deze curve kan iets schuiven en vervormen bij verschillende temperaturen, maar het uitgangspunt blijft dat die curve ongeveer gevolgd wordt.

Het is dus niet zo dat buiten de atmosfeer of naast de zon er ineens relatief veel meer UV of IR straling aanwezig is.

[MindBender]

Interessant! Een radiozender op 100 MHz produceert radiogolven van ongeveer 3 meter lang. Deze is het beste te ontvangen met een dipool antenne van 3 meter.

Licht is feitelijk ook een radiogolf. Ik heb altijd al afgevraagd of je met een voldoende kleine dipool antenne dan ook licht kunt 'ontvangen'. Als ik dit goed begrijp zou een dipool antenne van 670 nm dus gelijkspanning gaan afgeven als je er rood licht op schijnt.

Door de lengte wat te variëren - of beter; door gebruik te maken van een periodiek logaritmische antenne ipv een dipool - zou dus een veel groter spectrum licht in elektriciteit omgezet kunnen worden.

Omgekeerd zou dan dus ook moeten werken: Een radiozender die golflengtes van 670 nm produceert, zou dan ook rood licht met zijn antenne uitzenden... Al zal het niet meevallen een zender te maken die een signaal van 447450 GHz produceert.

[Zoop]

Is dat niet een led, of laser?

[Taghorn]

Ja, laser. Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser

Je zou een rood licht laser als een zender met een frequentie van 633nm (standaard NeHe) kunnen zien, met een een zeer smalle frequentie band. Natuurkundig gezien is het simpelweg een vorm van elektromagnetisch straling, waar radio golven, zichtbaar licht en rontgen straling allemaal in thuis horen:
[url]http://en.wikipedia.org/wiki/File:Spectre_visible_light.svg[url]

[stoepie2002]

Een (gevouwen) dipool van 1,5m, niet van 3m. Neem tenminste aan dat je de meest gebruikte dipool bedoelde

En er komt geen gelijkspanning van een dipool af.... niet zonder gelijkrichter in ieder geval

[Reactie gewijzigd door stoepie2002 op 27 juli 2024 12:06]

[Sissors]

En dat is het hele probleem, we kunnen helemaal geen gelijkrichters maken op die snelheid, zowel actief als passief lukt dat niet, en we komen er nog geen eens in de buurt. Het maken van wat antennetjes is nou niet echt wereldschokkend, iedereen kon dit doen. Maar het is nutteloos zolang je er verder niks mee kan doen.

[MindBender]

Een open dipool is gewoon 3 meter. Als hij op een mast in de wind staat is het inderdaad practischer dat hij de helft kleiner is (met dezelfde afstraling, VSWR, etc.). Maar als je je op nanometer-schaal aan het maken bent, lijkt 'kleiner maken' me geen doel. In dat geval ben je waarschijnlijk al tevreden met met simpelste dat je kunt maken; een open dipool van een hele golflengte.

Nee, geen gelijkspanning, idd. Ik had nb. de frequentie al uitgerekend: 447,45 THz.

[AxzZzeL]

Kijk als dit kan concureren met de gangbare zonnecellen qua rendement en prijs is dat erg mooi meegenomen. Daarnaast zou het mogelijk zijn om het gebied van het elektromagnetische spectrum met hogere frequentie ook niet hier mee mogelijk zijn? Kleinere antennnes zijn misschien nodig. In de ruimte barst het namelijk van de gamma-straling en dat nuttig omzetten lijkt me een mooi doel.

[UdiBenLudi]

Nu hopen dat er geen zeldzame materialen voor de productie nodig zijn en voila...

[DutchReaper]

95 % is echt veel voor zonne-energie. Op het moment zitten ze nog onder de 40%.
Dus als ze dit gaan toepassen krijg je 2x zoveel stroom voor de oppervlakte en dit zal veel goedkoper zijn dan die silicium.
Dan word het ten minste rendabel om zonnepanelen te gaan gebruiken.

[Ramoncito]

Als een aardappelplant of een boom al 95% rendement uit zonlicht kan halen moeten wij dat met onze techniek toch ook kunnen! ;-)

[carlo]

Heb je een referentie voor deze bewering? 95% vind ik wel erg hoog omdat:
- Een blad toont voor ons als groen, er wordt dus groen licht teruggekaatst. Bij 95% efficiëntie zou het blad voor ons als bijna zwart moeten tonen.
- Hieronder wordt gemeld dat het elektromagnetisch spectrum van de zon slechts voor de helft energie heeft in het gebied van zichtbaar licht.

[EraYaN]

Toch is de biologische efficiëntie erg hoog (bijna 99% maar dat geld alleen voor het licht dat ook daadwerkelijk in de chloroplasten komt, dus de chemische reactie is zeer efficiënt)
Maar als je kijkt naar een blad schommelt de efficiëntie tussen de 0.1% en 8%
http://www.life.illinois.edu/govindjee/whatisit.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis#Efficiency

Dus dat scheelt wel heel veel. En ja zonne panelen zijn gemaakt om zoveel mogelijk zonlicht om te zetten. Planten zijn "gemaakt" om genoeg om te zetten.

[Durandal]

Waarom gebruiken we dan zelf geen chloroplasten?

[Sissors]

Dus deze silicium is veel goedkoper dan andere silicium van zonnepanelen? Enige onderbouwing?


Sowieso zie ik niet in wat dit voor bijzonders iets. Iedereen kan dit soort antennes maken met een standaard chip productie proces, niks moeilijks aan, niks schokkends aan. Het probleem is dan ook niet een antennetje te maken (lees: metalen streepje), maar om iets met het signaal dat je daaruit krijgt te doen. En huidige elektronica komt nog geen eens in de buurt van snel genoeg om daar iets mee te doen.

[Thedr]

Dit is IMHO veelbelovend als het verder ontwikkeld kan worden. Wellicht is dit zelfs dé oplossing om de efficiencybarriere van PV panelen te slechten!
geen idee hoe groot deze ontdekking eigenlijk is, maar de impact kan erg groot zijn. Wellicht van formaat Nobelprijswaardig

edit na stukje van het artikel gelezen te hebben:
Met deze oplossing heb je geen hinder meer van bandgap-mismatch. Bovendien is het misschien een interessante technologie voor optische communicatie.

[Reactie gewijzigd door Thedr op 27 juli 2024 12:06]

[Gotcha92]

Nou is de vraag natuurlijk of de productie van deze kleine cellen minder energie kost dan dat ze uiteindelijk opleveren.
Het zou mooi zijn als je in de toekomst gewoon je auto er mee onder kan plakken die dan volledig op straling energie rijdt.

[pm1]

Om een idee te krijgen van de efficiëntie mat het onderzoeksteam de capaciteiten van de micro-antennes om inkomende straling opnieuw uit te zenden. Bij de eerste testen bleek 95 procent van de inkomende energie weer uitgestuurd te kunnen worden, volgens Scheur een indicatie dat het circuit efficiënt ingezet kan worden.

Volgens mij zat deze test wel uitgevoerd zijn bij 1 bepaalde golflengte, anders zouden we deze zonnepanelen ook kunnen gebruiken al lichtbronnen.
Maar ik stel me toch wel vragen bij de efficiëntie van zo'n paneel, als je het zonnespectrum bekijkt, zie je dat slecht een zeer klein deel van het UV licht (korte golflengte) wordt doorgelaten door de atmosfeer. Om een grote efficiëntie te halen wordt er meer gezocht naar materialen die zowel licht uit het zichtbare spectrum als licht uit het infra-rode spectrum kunnen omzetten. De truc hierbij is om met zo dun mogelijke materialen zo veel mogelijk om te zetten.

[Reactie gewijzigd door pm1 op 27 juli 2024 12:06]

[kwinvdv]

Veel efficiënte zonnepanelen worden in de ruimtevaart toegepast, en wat jij al zegt, in de atmosfeer wordt veel hoog frequentere elektromagnetische straling geabsorbeerd, maar in de ruimte dus minder.

Verder vraag ik mij ook af wat er met efficiëntie gebeurd als er met een breed spectrum aan licht op zo'n paneel geschenen wordt, want elke antenne zal ook maar een klein gebied van het spectrum om kunnen zetten. Want als er dan vervolgens verschillende groters van de antennes gebruikt worden, bedekt elke maat antenne maar een klein deel van het gehele oppervlak.

[joopv]

Ik begrijp niet hoe ze met dit systeem *bruikbare* (elektrische?) energie denken op te wekken.

Een antenne maken voor licht (ca 500THz) microgolven is een ding, de spanning die je dan opwekt omzetten daar iets bruikbaars mee te kunnen doen is een ander ding.

[Rob Coops]

95% zou een hele grote stap in de goede richting zijn... maar ik heb zo'n vermoedend dat er geen uitspraken gedaan worden over de efficiëntie omdat die op dit moment nog op zijn best minimaal beter is dat de huidige zonnecellen.

Met dit soort groten deels theoretisch onderzoek heb ik altijd zo iets van eerst zien dan geloven... en op dit moment is er nog niet echt iets te zien in ieder geval niets dat de heren en dames onderzoekers met de rest van de wereld kunnen, willen of mogen delen.