Nederlands
Plastic zonnecellen: twee ultrasnelle processen die in harmonie stroom
produceren
Datum: 31 mei 2010
Onderzoek van een team geleid door prof.dr.ir. Paul van Loosdrecht en
prof.dr. Kees Hummelen van het Zernike Institute for Advanced Materials
van de Rijksuniversiteit Groningen laat zien hoe harmonieus twee
processen in plastic zonnecellen samenwerken om elektriciteit te
produceren. Het onderzoek was afgelopen week de coverstory van Advanced
Functional Materials, een Amerikaans wetenschappelijk vakblad.
Plastic zonnecellen bestaan uit een mengsel van twee componenten:
buckyballen (voetbalvormige C of rugbybalvormige C moleculen)
en een polymeer dat stroom kan geleiden. Van het polymeer was al bekend
dat na absorptie van licht het in de extreem korte tijd van 30
femtoseconden (een milioenste van een miljardste van een seconde) een
elektron afgeeft aan de buckyballen, hetgeen uiteindelijk leidt tot de
generatie van elektriciteit.
Het Groningse onderzoeksteam er nu in geslaagd om vast te stellen dat
na absorptie van licht door de buckyballen het spiegelbeeld van dit
proces plaatsvindt, dat wil zeggen: het springen van een positief
geladen gat van de buckybal naar het polymeer. Bovendien blijkt dit
spiegelbeeldproces net zo ultrasnel.
De metingen van de snelheid van ladingsoverdracht tussen de beide typen
moleculen werden verricht met behulp van speciale op laser gebaseerde
technieken, legt Van Loosdrecht, hoogleraar experimentele natuurkunde,
uit. Hierbij wordt gebruik gemaakt van twee extreem korte lichtpulsen
die vlak na elkaar op het zonnecelmateriaal vallen.
De eerste puls wordt door ofwel het polymeer ofwel de buckybal
geabsorbeerd, afhankelijk van de kleur van het licht. Met de tweede
puls wordt gekeken hoe lang het duurt voor er lading in het materiaal
materiaal aanwezing is. Van Loosdrecht: 'Tot onze verbazing vonden wij
dat die snelheid in beide gevallen nagenoeg gelijk is, hetgeen betekent
dat beide processen even efficient zijn in het genereren van
elektriciteit.'
De metingen van de snelheid van ladingopbouw werden door de
onderzoekers gecombineerd met beelden van verschillende mengsels die
waren gemaakt met een atomomaire-kracht microscoop. Dat onderzoek
benadrukt hoe belangrijk de wijze is waarop de twee soorten moleculen
met elkaar verweven zijn. Voor een hoog rendement moet er een groot
contactoppervlak zijn tussen de beide typen moleculen en moeten zowel
de (negatieve) elektronen als de positieve gaten snel en gemakkelijk
hun weg kunnen vinden naar de elektroden.
De grootste uitdaging in de ontwikkeling van plastic zonnecellen is het
verbeteren van het rendement. Op het ogenblik is dat nog veel lager dan
dat van silicium zonnecellen, die echter veel duurder zijn in de
productie. Sinds kort hebben de plastic zonnecellen het niveau van
praktische toepasbaarheid bereikt, zegt Kees Hummelen, hoogleraar
organische chemie, met gepaste trots. Vorig jaar werd in San Francisco
het eerste bushokje geplaatst met een dak met plastic zonnecellen, die
duurzame energie vergaren voor een interactieve stadsplattegrond.
Hummelen: 'Zonne-energie is de wereld aan veroveren is.'
Rijksuniversiteit Groningen