De tijd dat zonnepanelen alleen buiten werden gebruikt, is voorbij.

Zweedse en Chinese onderzoekers hebben zonnecellen ontwikkeld die het licht ín huis heel efficiënt omzetten in elektriciteit. Hoewel de hoeveelheid stroom die deze zonnepanelen leveren vrij beperkt is, verwachten de onderzoekers dat de zonnepanelen prima in staat zijn om de miljoenen producten die in de nabije toekomst onderdeel uit zullen maken van het Internet of Things (zie kader) van energie te voorzien.

In de nabije toekomst zijn naar verwachting alle apparaten in je huis met elkaar verbonden. En dat is handig. Zo kan het bijvoorbeeld zijn dat je koffiemachine automatisch reeds actief wordt zodra je wekker gaat. Of dat je elektrische auto er zelfstandig voor zorgt dat ‘ie voldoende opgeladen is voor die lange trip die in je online agenda vermeld staat. Maar het Internet of Things bestaat niet alleen uit apparaten. Ook sensoren spelen een belangrijke rol. Zij monitoren de omgeving en kunnen als er veranderingen in die omgeving optreden apparaten (de)activeren om jouw comfort te waarborgen. Zo kan een gemeten daling in de luchtkwaliteit reden zijn voor de sensoren om het luchtzuiveringssysteem een tandje hoger te zetten. Op vergelijkbare wijze kan een gemeten stijging in temperatuur reden zijn om de airconditioning aan te zwengelen. Al deze apparaten en sensoren vereisen vanzelfsprekend energie. En daarom is er een toenemende vraag naar kleine, goedkope duurzame energiebronnen die batterijen overbodig kunnen maken.

De Zweedse en Chinese onderzoekers keken daartoe naar organische zonnecellen. Deze zonnecellen onderscheiden zich op verschillende manieren van de zonnepanelen die we op steeds meer daken zien rusten. Zo zijn organische zonnecellen flexibel en vrij goedkoop te produceren. Daarnaast kunnen de zonnecellen vrij eenvoudig worden aangepast om andere golflengtes licht om te zetten in energie. “Functionele organische zonnecellen vereisen meestal een mix van twee materialen,” legt onderzoeker Feng Gao aan Scientias.nl uit. “Wanneer de zonnecellen actief zijn, doneert het ene materiaal – ook wel donor-materiaal genoemd – elektronen, terwijl het andere materiaal deze accepteert – om die reden ook wel acceptor-materiaal genoemd.” De mix van donor- en acceptormateriaal bepaalt uiteindelijk welk type licht de zonnecellen omzetten in energie. “In onze studie presenteren we een donor/acceptor-combinatie die zo is afgesteld dat er zichtbaar licht wordt geabsorbeerd.” Het betekent dat deze zonnecellen uitstekend uit de voeten kunnen met het licht in huizen.


Beperkte opbrengst
De wetenschappers ontwikkelden twee varianten van deze organische zonnecellen. De ene variant was 1 vierkante centimeter groot. De andere 4 vierkante centimeter. De onderzoekers zagen dat de kleine zonnecel zo’n 26,1 procent van de lichtenergie omzette in elektriciteit. De grotere zonnecel had een efficiëntie van 23 procent. Hoewel de zonnecellen dus behoorlijk efficiënt zijn, is de hoeveelheid energie die ze opwekken, beperkt. Zo bleek de kleine organische zonnecel bij blootstelling aan omgevingslicht met een intensiteit tussen de 200 en 1000 lux iets meer dan 1 Volt te kunnen leveren. “Dat komt doordat het licht in huis zwak is, veel zwakker dan zonlicht buitenshuis,” aldus Gao. Maar die beperkte opbrengst maakt de zonnecellen niet minder interessant. “De digitalisering van onze samenleving gaat steeds sneller en het Internet of Things en slimme apparaten vormen een snelgroeiende markt. Veel van deze apparaten – die vaak binnenshuis worden gebruikt – consumeren kleine hoeveelheden energie en efficiënte zonnecellen kunnen ze aandrijven door omgevingslicht om te zetten in elektriciteit.”

De organische zonnecel die de onderzoekers optimaliseerden voor de omzetting van licht binnenshuis. Afbeelding: Thor Balkhed.

Maar waar zouden deze zonnecellen binnenshuis een plekje moeten krijgen? “Organische zonnecellen zijn flexibel en kunnen in principe overal worden toegepast. en we kunnen ze ook verschillende vormen en kleuren geven, zodat ze dienst kunnen doen als decoratie en tegelijkertijd ons Internet of Things aandrijven.”

Zover is het echter nog niet; er is nog werk aan de winkel. Zo verwacht Gao de zonnecellen nog veel efficiënter te kunnen maken. “En wel door de mix van donor- en acceptor-materialen nog nauwkeuriger af te stellen. De berekening in ons paper wijst erop dat we zo een efficiëntie boven de 40% kunnen behalen.” Een hogere efficiëntie is echter niet de grootste uitdaging. “We zullen ook met name de stabiliteit van onze zonnecellen moeten onderzoeken voor we ze kunnen gaan toepassen.”