Zonne-energie alweer goedkoper

Oorspronkelijke titel:
Solar power without solar cells: A hidden magnetic effect of light could make it possible
14 april 2011

Een dramatisch en verrassend magnetisch effect van licht, ontdekt door onderzoekers van de universiteit van Michigan zou kunnen leiden tot zonne-energie zonder de gebruikelijke op halfgeleiders gebaseerde zonnecellen.

Stephen Rand, professor Electro Techniek en Computerwetenschappen van de faculteit Natuurkunde en toegepaste Natuurkunde kondigde aan dat zijn mensen een manier gevonden hebben om een 'optische batterij' te maken. In de ontdekte procedure ontzenuwden ze een eeuw oud natuurkundig axioma.

"Je zou de hele dag naar de formules van het mechanisme kunnen staren en nog steeds deze mogelijkheid over het hoofd zien. We hebben vroeger allemaal geleerd dat dit gewoon niet gebeurt" zegt Rand, een van de schrijvers van een stuk over het artikel in het 'Journal of Applied Physics'. "Het is een hele vreemde interactie, waarschijnlijk ook waarom er 100 jaar overheen is gekeken."

Licht heeft elektrische en magnetische eigenschappen. Tot nu toe dachten wetenschappers dat de effecten van het magnetische veld zo zwak waren dat ze genegeerd konden worden. Rand en zijn collega's ontdekten dat, als licht de juiste intensiteit heeft en door materiaal heen schijnt dat geen elektriciteit geleidt, het lichtveld magnetische effecten kan genereren die 100 miljoen maal zo sterk zijn als oorspronkelijk verwacht. Onder deze omstandigheden, ontwikkelen de magnetische effecten een kracht die gelijk is aan een sterk elektrisch effect.

"Dit zou kunnen leiden tot een nieuw type zonnecel zonder halfgeleiders en zonder absorptie teneinde een elektrische lading te bewerkstelligen", vervolgt Rand. "In zonne panelen schijnt licht op een materiaal, wordt erin opgenomen en genereert hitte. Onder deze nieuwe omstandigheden verwachten we dat er heel weinig warmte ontstaat. In plaats van dat licht geabsorbeerd wordt, wordt er energie opgeslagen in een magnetisch momentum. Er kan intense magnetisatie opgewekt worden door intens licht en daarmee is het absoluut mogelijk een bruikbare krachtbron te leveren."

Dit wordt mogelijk gemaakt door een voorheen onopgemerkt soort van "optical rectification ", legt William Fisher, doctoraal student toegepaste natuurkunde uit. In de traditionele electro optische omzetting, veroorzaakt het electrische lichtveld een ladingsverschil, ofwel een uit elkaar trekken van positieve en negative ladingen in een matariaal. Hierdoor ontstaat een spanningsverschil, een voltage, vergelijkbaar met dat in een batterij. Dit elektrische effect was voorheen alleen bekend van kristallijne materialen met een bepaalde mate van symmetrie dus.

Rand en Fisher ontdekten dat in andere materialen, onder de juiste omstandigheden, het magnetische lichveld ook 'optical rectification' kan oproepen.
"Het blijkt dat het magnetische veld de electronen in een C vorm buigt en ze elke keer een beetje naar voren schuiven" legt Fisher verder uit. "Die C-vormige ladingsbeweging genereert én een electrische dipool én een magnetische dipool. Als we heel veel van dezen achter elkaar kunnen zetten in een lange vezel, kunnen we een hoog voltage genereren en door dit voltage af te tappen kunnen we het gebruiken als krachtbron."
Er moet licht door een niet geleidend materiaal heen schijnen, zoals glas. En het moet een sterkte hebben van 10 miljoen watt per vierkante centimeter. Zonlicht is van zichzelf niet zo sterk, maar er kunnen andere materialen zijn die niet die sterkte nodig hebben.

"In ons laatste artikel tonen we aan dat incoherent licht zoals zonlicht theoretisch net zo effectief is als laser licht om een spanningsverschil te genereren" zegt Fisher verder.
Deze nieuwe techniek zou zonne energie goedkoper kunnen maken. De onderzoekers voorspellen dat met verbeterd materiaal ze 10% effectiever kunnen zijn. Dat is gelijkwaardig aan de huidige op de markt verkrijgbare zonne cellen.
Volgens Fisher heb je om moderne zonnecellen te maken nu heel veel halfgeleiders nodig. "Wij hebben alleen lenzen nodig om het licht te focussen en een vezel om het te geleiden. Glas kan in beide gevallen dienen als basis. Het wordt al in grote hoeveelheden gemaakt en heeft niet veel bewerkingen nodig. Doorzichtig aardewerk, ceramiek zou misschien zelfs beter werken."

De onderzoekers willen deze zomer proeven doen met zonlicht en laser licht.

Hun artikel heet 'Optically-induced charge separation and terahertz emission in unbiased dielectrics.' En de universiteit heeft een patent aangevraagd om het intellectuele eigendom te beschermen.

Universiteit van Michigan (nieuws, web)

www.physorg.com