Meetprotocollen uit Eindhoven nieuwe gouden standaard voor lichtgevende zonnecellen

TU/e-onderzoeker Michael Debije heeft de meetprotocollen voor deze lichtgevende zonnecellen ontwikkeld in samenwerking met deskundigen uit Italië en het Verenigd Koninkrijk.

Diffuus licht
De luminescent solar concentrators (lsc’s) – heldere, kleurrijke, lichtvangende platen – kunnen in tegenstelling tot traditionele zonnepanelen gemakkelijker en aantrekkelijk worden geïntegreerd in stedelijke omgevingen. Lsc’s bestaan uit lichtgevende materialen – luminoforen – die op het oppervlak van een polymeer- of glasplaat zijn gecoat. Licht wordt door de luminoforen opgevangen bij een bepaalde golflengte, en vervolgens weer uitgezonden bij een langere golflengte. In tegenstelling tot standaardzonnepanelen zijn ze gevoelig voor diffuus licht.

Hoewel lsc’s al sinds eind jaren zeventig op de markt zijn, hebben ze volgens de onderzoekers moeite gehad om dezelfde commerciële impact te krijgen als zonnepanelen. Dat komt deels door een gebrek aan meetstandaarden en Debije heeft nu samen met zijn buitenlandse collega-onderzoekers een reeks lsc-metingen ontwikkeld die de commerciële toepassing van lsc’s zouden kunnen vergemakkelijken.

Gevoeligheid verhogen
Het cruciale voordeel van lsc’s is volgens onderzoekers dat ze de gevoeligheid van zonnepanelen kunnen verhogen, omdat ze geschikt zijn bij meer golflengten aan licht.

Zonnepanelen op basis van halfgeleiders zijn namelijk beperkt door hun gevoeligheid voor bepaalde golflengten van het licht. Wanneer fotonen met voldoende energie de halfgeleidermaterialen raken, genereren ze elektronen. Als de fotonen echter te veel energie hebben, hebben de opgewekte elektronen te veel energie om goed te kunnen worden geoogst.

Andere golflengte
En dat is waar lsc’s te hulp schieten. Fotonen met een hoge energie worden opgevangen door luminoforen in de lsc’s, door het materiaal getransporteerd via complete interne reflectie, en vervolgens opnieuw uitgezonden bij langere golflengten. Zonnecellen aan de randen van de lsc absorberen dan het licht met de langere golflengte.

‘Lsc’s kunnen niet rechtstreeks concurreren met zonnepanelen op het vlak van elektriciteitsproductie. Maar ze kunnen zonnepanelen wel van meer bruikbaar licht voorzien’, legt Debije uit. ‘De vooruitgang is vertraagd door het ontbreken van standaardrapportagemethoden voor lsc’s, wat betekent dat het onmogelijk is om gegevens te vergelijken die de afgelopen 40 jaar zijn verzameld. Dit is problematisch.’

Gestandaardiseerde meetbenaderingen
Gemotiveerd door het gebrek aan goede protocollen om lsc-technologieën te classificeren, heeft Debije samen met Rachel Evans van de University of Cambridge en Gianmarco Griffini van Politecnico di Milano een reeks metingen bedacht die door elk laboratorium kunnen worden uitgevoerd. Deze meetbenaderingen zijn gepresenteerd in het wetenschappelijk tijdschrift Energy & Environmental Science.

‘Ons doel is het voor de lsc-gemeenschap gemakkelijk te maken om verschillende lsc-ontwerpen te vergelijken’, besluit Debije. ‘Tot nu toe waren er geen gestandaardiseerde meetbenaderingen beschikbaar.’