13-03-2012 20:40 | Door: Redactie DuurzaamBedrijfsleven.nl

Ze worden gebruikt als onzichtbaarheidsmantel of superlens – metamaterialen. Een nieuw ontwerp van MIT op basis van metamateriaal is mogelijk veel efficiënter in het opvangen van zonlicht dan bestaande zonnecellen. Ze luisteren naar het licht.

Onderzoek aan het Massachusetts Institute of Technology, een van de meest prestigieuze technische universiteiten van de wereld, toont dat het zeer bijzondere metamateriaal gebruikt kan worden om een grote schaal zonlicht op te vangen met een extreem hoge efficiëntie.

Huidige zonnecellen kunnen vaak maar een zeer beperkte bandbreedte aan lichtgolven omzetten in energie. Daarbij moeten de lichtstralen ook nog eens onder een zeer specifieke invalshoek binnenkomen. Heeft een lichtstraal de verkeerde golflengte of komt hij laat op de middag binnen onder een verkeerde hoek, dan keldert de efficiëntie van een zonnecel.

Binnenoor

Nicholas X. Fang, hoogleraar technisch ontwerp aan de MIT, vergelijkt de nieuwe zonnecel met de functies van het binnenoor, wat reageert op verschillende geluidsfrequenties op verscheidene punten in de verkleinende gang. “Het oor splitst de frequenties en verzamelt ze op verschillende dieptes, op gelijke wijze verzamelen [de zonnecellen van metamateriaal] fotonen, ofwel elektromagnetische stralingen, op verschillende dieptes,” vertelt Fang.

Zo beschouwd zijn de huidige zonnecellen oren die maar een paar toonhoogtes kunnen verstaan en dan alleen als ze recht in het oor worden geschreeuwd.

Zo bereiken de wetenschappers van MIT een ongekend hoge conversie van zonlicht naar elektriciteit. “De efficiëntie van het nieuwe ontwerp is boven de 95 procent, voorheen kon deze efficiëntie alleen worden bereikt met een extreem breed paneel,” stelt Kin Hung Fung, één van de onderzoekers.

Metamateriaal

Metamateriaal is een nieuw soort van kunstmatige stoffen met eigenschappen die niet te vinden zijn in de natuur. “Metamateriaal is een hot topic in het afgelopen decennium,” zegt Fung. “omdat het op onconventionele manieren met licht omgaat, maar wel een functioneel ontwerp heeft.”

Het ontwerp van de nieuwe zonnecel is geëtst van afwisselende lagen metaal en een isolerend materiaal – een zogeheten diëlektricum – en wordt gepubliceerd in het aankomend nummer van Nano Letters, een wetenschappelijk tijdschrift dat wordt uitgegeven door de American Chemical Society.

“Doorgaans zijn de gebruikte materialen voor zonnecellen zo dun dat ze maar beperkt licht op kunnen vangen, het nieuwe ontwerp maakt echter gebruik van wigvormige kammen die precies breed genoeg zijn om een optimaal scala aan licht op te vangen vanuit verschillende standpunten,” vertelt Fung.

Bron: Massachusetts Institute of Technology

Foto: Cathy Cole