Zonnecellen die elk oppervlak kunnen omtoveren tot energiebron
De energietransitie, samen met de toename van elektrische mobiliteit, maakt een groter aanbod van schone, duurzame energie noodzakelijk. En dat aanbod wordt gelukkig steeds diverser en innovatiever. Zo bewijst ook een team onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT). Zij ontwikkelden zonnecellen die zo flinterdun zijn dat ze op vrijwel elk oppervlak kunnen worden bevestigd, zelfs textiel. Bovendien wekken ze zowat 18 keer meer vermogen per kilogram op dan conventionele zonnepanelen.
Dunner dan een mensenhaar
Zonne-energie is gratis en alomtegenwoordig: zelfs een fractie van de beschikbare energie is voldoende om de hele wereld van stroom te voorzien. Geen wonder dus dat wetenschappers druk op zoek zijn naar oplossingen om ze zo goed mogelijk te kanaliseren. Natuurlijk zijn er al de klassieke zonnepanelen, maar die zijn behoorlijk zwaar en log: ze zijn dus niet overal inzetbaar.
Het Massachusetts Institute of Technology (MIT) bedacht een oplossing: flexibele zonnecellen die veel dunner zijn dan een mensenhaar. Hoe dat kan? Stap één: met een speciale druktechniek wordt een halfgeleidende inkt geprint op een verwijderbaar substraat van maar 3 micron dik. Stap twee: met zeefdruk wordt een elektrode aangebracht op de structuur om de zonnemodule te voltooien. Stap drie: de geprinte module, die zo’n 15 micron dik is, wordt van het plastic substraat gehaald, met als resultaat een ultralichte zonnecel.
Ultralicht, maar ijzersterk
Deze dunne zonnemodules kunnen echter makkelijk scheuren. Om dat op te lossen, lijmt het MIT-team de zonnemodules op Dyneema, een composietweefsel dat amper 13 gram per vierkante meter weegt. Resultaat: een ultralichte én robuuste zonnecel. Dyneema is namelijk gemaakt van weefsels die zo sterk zijn dat ze werden gebruikt als touwen om het gezonken cruiseschip Costa Concordia van de bodem van de Middellandse Zee te halen.
Geen wonder dat men de vellen met zonnecellen kan buigen en oprollen als een stuk papier of dikke stof. Bij het testen van hun uitvinding ontdekte het MIT-team dat, zelfs na meer dan 500 keer op- en afrollen, de cellen nog altijd meer dan 90% van hun oorspronkelijke stroomopwekkende vermogen behouden.
Toepassingen: van drones tot levensreddende tenten
Omdat de zonnecellen van MIT zo dun en flexibel zijn, openen ze een wereld van toepassingsmogelijkheden. Gedaan met dikke en zware panelen: deze flexibele technologie kan op veel meer oppervlakken dan enkel daken gemonteerd worden. Denk bijvoorbeeld aan de vleugels van drones om het vliegbereik te vergroten, de zeilen van een boot voor energie op zee, een carport om een elektrische wagen op te laden, of tenten en dekzeilen die worden ingezet bij rampen. Dat laatste kan zelfs levens redden, want in getroffen gebieden zijn de elektriciteitsnetten vaak buiten werking.
Straffer dan klassieke zonnecellen
De zonnecellen die de MIT-onderzoekers ontwikkelden, zijn niet alleen dunner, lichter en flexibeler dan de traditionele variant. Ze zijn ook nog eens krachtiger: vrijstaand wekken ze ongeveer 730 watt vermogen per kilogram op, en bevestigd op Dyneema is dat nog altijd 370 watt per kilogram. Dat is ongeveer 18 keer meer vermogen per kilogram dan conventionele zonnecellen.
Goed nieuws voor wie bijvoorbeeld een dakconstructie heeft die niet veel extra gewicht aankan. Een typische zonne-installatie op het dak wekt ongeveer 8000 watt aan stroom op. Voor dezelfde hoeveelheid stroom voegen de stoffen fotovoltaïsche panelen maar een 20-tal kilogram toe aan het dak van een huis.
Nog één struikelblok: de beschermende laag
Flexibel, krachtig, en dankzij een relatief eenvoudig productieproces ook makkelijk schaalbaar: waarom wachten om deze zonnecellen massaal te produceren? Er blijft nog één laatste struikelblok: er is een manier nodig om de cellen tegen de elementen te beschermen. Het op koolstof gebaseerde organische materiaal dat wordt gebruikt om de cellen te maken, kan mogelijks worden aangetast door interactie met vocht en zuurstof in de lucht. En dat zou de prestaties negatief kunnen beïnvloeden.
Het MIT-team is dus volop op zoek naar een geschikt materiaal om de zonnecellen in te ‘verpakken’. Traditioneel is dat glas, maar dat zou het doel van een flexibele zonnecel tenietdoen. Daarom werken ze momenteel aan ultradunne verpakkingsoplossingen, die het gewicht maar een fractie zouden verhogen en de tand des tijds kunnen doorstaan. Een laatste stap in het proces om zonne-energie écht voor iedereen beschikbaar te maken.
