Wat zijn siliciumzonnecellen?
Zonnecellen zijn apparaten die lichtenergie omzetten in elektrische energie. Om goed te kunnen werken, moeten de cellen worden bedekt met een halfgeleidermateriaal dat het licht kan absorberen. Silicium zonnecellen zijn zonnecellen die zijn bedekt met silicium en zijn het meest gebruikte type. Deze cellen zijn verbonden in serie modules genoemd, en de modules zijn onderling verbonden om een array te vormen die de gewenste spanning produceert. Deze worden vervolgens in een beschermende container achter glazen panelen geplaatst die het zonlicht op de cellen richten.
Wanneer licht het zonnepaneel raakt, worden de fotonen geabsorbeerd door het halfgeleidermateriaal. De elektronen worden losgeslagen en stromen door het materiaal dat elektriciteit produceert. Een reeks silicium zonnecellen zet deze energie om in gelijkstroom (DC) elektriciteit. In een geïntegreerd systeem wordt de elektriciteit vervolgens met omvormers in het elektriciteitsnet ingevoerd. Stand-alone zonneproducten slaan de elektriciteit op in batterijen.
Hoewel silicium een veel voorkomend element is, is het meestal gebonden in silica. Het zuivere silicium moet worden geëxtraheerd uit het siliciumdioxide en vervolgens worden verwerkt om de geleidbaarheid ervan te vergroten. Zuiver silicium is een slechte geleider van elektriciteit, maar wanneer bepaalde onzuiverheden worden toegevoegd, meestal fosforatomen, wordt het een uitstekende geleider. Deze verwerking kost veel energie en is verantwoordelijk voor de hoge kosten van silicium zonnecellen. Traditioneel vervaardigde cellen gebruiken eenkristal-silicium in een bulkvorm die in wafels wordt gesneden.
Om de kosten te drukken, hebben wetenschappers dunne-film silicium zonnecellen ontwikkeld. Deze gebruiken slechts ongeveer één procent van het silicium dat een traditionele cel zou gebruiken, maar helaas zijn ze veel minder efficiënt. Cellen gemaakt met meerdere lagen dunne film zijn ontwikkeld die net zo efficiënt zijn als de duurdere traditionele cellen en toch de voordelen behouden van lagere kosten, lichter gewicht en grotere flexibiliteit. Polykristallijne en amorfe dunne-film siliciumcellen zijn aanvullende, goedkopere opties.
Een andere uitdaging voor wetenschappers is om een manier te vinden om de effectiviteit van silicium zonnecellen te vergroten. Zonlicht heeft een breed scala aan golflengten die fotonen bevatten met een breed scala aan energieën. Sommige hiervan zijn te zwak of te sterk om het elektron-gatenpaar te vormen dat moet worden gevangen door het halfgeleidermateriaal. De meeste cellen zijn slechts 15% efficiënt, wat betekent dat ze slechts 15% van de elektrische energie opvangen die beschikbaar is in het zonlicht dat door de panelen gaat.
Wereldwijd wordt er gewerkt aan manieren om de efficiëntie te verhogen en de kosten van silicium zonnecellen te verlagen. Het vinden van manieren om de efficiëntie van dunne films te vergroten, waardoor de kosten aanzienlijk dalen, is een prioriteit van een door de Europese Unie gefinancierd onderzoeksproject. Een bedrijf in Japan heeft silicium zonnecellen ontwikkeld voor gebruik in meerdere producten met een gemiddeld rendement van 25%. Boeing-Spectrolab, een Amerikaans bedrijf, heeft een concentrator-silicium zonnecel ontwikkeld met een efficiëntie van 40,7%.
Onderzoek en ontwikkeling van merries is vereist voordat zonne-energie een primaire energiebron wordt, maar dit is een gebied dat internationale aandacht en financiering krijgt. Naarmate de kosten dalen en de efficiëntie verbetert, kan zonne-energie veel meer gemeengoed worden. Zelfs met deze uitdagingen worden silicium zonnecellen al in een verscheidenheid aan producten gebruikt. Deze omvatten dagelijks items zoals rekenmachines, zaklampen, telefoonladers, waterfonteinen en huishoudelijke en commerciële warmwatersystemen.