Gratis en vrijblijvend
Laatst bewerkt op: 22 okt 2021
Nu het nut van zonnepanelen bewezen is, kan er gedacht worden aan verbetering van het huidige concept. Het probleem met dit concept, is dat de vervaardiging van de hoofdgrondstof van de panelen (hooggradig puur silicium) een relatief kostbaar en energie-inefficiënt proces is. De jacht op een duurzame vervanging is daarom al een tijdje bezig, al is deze pas met de recente groei van de markt in zonnepanelen in een hogere versnelling terecht gekomen. De meest veelbelovende technologie is die van de ‘organic photovoltaics’, ofwel organische zonnecellen. Het materiaal zou weleens tot een revolutie kunnen leiden…
Zonnecellen op organische basis werken anders dan ‘normale’ zonnecellen (zie hoe werkt een zonnecel). Het licht dat geabsorbeerd wordt door een organische cel produceert zogenaamde ‘excitonen’, elektronen en gaten die niet (zoals bij een standaard paneel) onafhankelijk van elkaar kunnen bewegen. Omdat het elektron en het gat dus aan elkaar gebonden zijn, kan er geen stroom lopen. Op het grensvlak tussen twee verschillende materialen kan een exciton echter uiteen vallen in een vrij elektron en een bijbehorend vrij gat. Hierdoor bestaat een organische cel uit de volgende lagen: positieve elektrode / elektrondonor (materiaal 1) / elektron acceptor (materiaal 2) / negatieve elektrode. Zodra zonlicht op het materiaal valt en er een exciton ontstaat, kan dit exciton zich naar het grensvlak tussen de twee materialen verplaatsen. Hier valt het uit elkaar in een elektron en een gat; het elektron verplaatst zich naar de negatieve elektrode en het gat verplaatst zich naar de positieve elektrode. Kortom: er gaat een stroom lopen.
Het idee van organische dunne-film zonnecellen is ontstaan in de jaren ’70, toen ontdekt werd dat de geleiding van bepaalde polymeren (met afwisselend enkele en dubbele koolstof-koolstof bindingen) enorm toenam door ze subtiel te verontreinigen met andere chemicaliën. Sinds deze ontdekking zijn geleidende materialen op deze basis toegepast in onder andere LEDs en zonnecellen. Organische materialen zijn zeer divers; ze zijn op heel veel eigenschappen aan te passen om zo tot het ideale materiaal voor de taak te komen. Organisch materiaal is ook qua vorm zeer flexibel en kan aangebracht worden op vrijwel elk oppervlak. Hierbij kun je denken aan dunne plastic films of zelfs verschillende lagen verf. Tot slot is het materiaal zeer goedkoop; gerust een factor 10-20 goedkoper dan het silicium voor huidige zonnecellen.
Er is wel een aantal problemen. Ten eerste het rendement; zonnecellen op organische basis halen een rendement van zo’n 3 tot 5%, een stuk lager dan de 15% van silicium. Een deel van dit lage rendement is inherent aan de techniek; excitonen kunnen zich meestal maximaal 3 tot 10 nanometer verplaatsen voor ze zichzelf opheffen. Het gevolg is eigenlijk dat voor organische zonnecellen geldt; hoe dunner hoe groter de kans dat het exciton de grens haalt en gesplitst kan worden. Dus: hoe dunner hoe beter. Daarnaast zijn organische materialen kwetsbaar voor UV-straling (en overige hoog-energetische straling); zonder UV-filter breekt de organische laag snel af. Tot slot is organisch materiaal ook nog eens kwetsbaar voor oxidatie; een goede beschermende coating moet nog uitgevonden worden.
Er zijn in de afgelopen jaren flinke stappen voorwaarts gedaan op het gebied van de levensduur van organische zonnecellen. Er is echter nog veel werk aan de winkel voor de technologie commercieel interessant wordt. Eén ding staat echter vast: de techniek is zeer breed inzetbaar. Denk aan een energie-opwekkende tent waarin je kunt koken, kleding die je mobiel oplaadt, een auto die zichzelf oplaadt en ramen die elektriciteit opwekken. Organische zonnecellen werken namelijk prima in omgevingen waar minder licht is, omdat het materiaal niet reflectief is en dus relatief meer licht absorbeert. Je ziet het, de mogelijkheden zijn spannend en divers. Dat de revolutie gaat komen is zeker, de vraag is alleen wanneer.
