Een zonnecel van vier merocyanines zou een hoog rendement hebben (afb: Alexander Schulz et. al/Cell Chem)

Tot nu toe bevatten zonnesystemen over het algemeen silicium om zonlicht op te vangen en om te zetten in ladingsverschillen/stroom. Perovskietcellen zijn al een stuk efficiënter, maar die hebben vooralsnog problemen met stabiliteit/duurzaamheid. Nu hebben onderzoekers van de universiteit van Würzburg (D) een combinatie van lichtgevoelige, fotovoltaïsche stoffen gebruikt om zonnecellen (‘antennes’ zeggen ze zelf) te fabriceren met een hogere opbrengst dan de huidige.
Direct stroom oogsten uit zonlicht is een belangrijke pijler van de energietransitie. Meestal wordt voor zonnecellen silicium gebruikt, maar siliciumcellen zijn niet bijster effectief in het omzetten van zonne-energie in elektrische energie. Bij 15% is het wel op. Perovskietcellen zouden in theorie beter moeten scoren, maar hebben problemen met de duurzaamheid: al snel daalt de opbrengst van die ‘beloftevolle’ zonnecellen.

Een ander alternatief wordt gevormd door organische zonnecellen op basis van fotoactieve kleurstoffen, maar die absorberen niet het gehele energieke lichtspectrum en zijn ook niet bijzonder efficiënt. Als je nu verschillende stoffen combineert zou dat probleem kunnen worden weggewerkt, was de gedachte van de onderzoekers rond Alexander Schulz van de universiteit van Würzburg.
In planten en bacteriën worden daarvoor verschillende stoffen gebruikt zoals chlorofyl en caroteen. Schulz c.s. gebruikten vier varianten van merocyanine. Die kleurstoffen werden in lagen ‘ingebed’ in zigzagvormige peptiden. Dat zou een snelle stroom binnen het systeem mogelijk maken.
Die verschillende merocyanines absorberen ultraviolet, rood, paars en blauw licht uit het zonnespectrum en bestrijken dat zo van 500 tot 700 nm.

Hoog rendement

Via fluorescentiemetingen bepaalden de onderzoekers het rendement van hun zonnecel. Die zou 38% van de ingestraalde licohtenergie bedragen, terwijl de afzonderlijke merocynanines niet verder kwamen dan 3%. Dat hoge rendement zou liggen aan de chemische wisselwerkingen tussen de moleculen in het (gelaagde) molecuulsysteem.
Volgens de onderzoekers verenigt deze techniek het beste uit twee werelden. “Ons systeem heeft een bandstructuur zoals anorganische halfgeleiders (zoals silicium; as). Daarmee absorbeert het alle kleuren in het zichtbare spectrum”, zegt medeonderzoeker Frank Würthner. “Daarnaast gebruikt het de hoge absorptie van organische kleurstoffen. Daardoor kan het, net als in natuurlijke systemen, met relatief dunne lagen zeer veel lichtenergie opnemen.”

Bron: scinexx.de