Natuurlijke kleurstoffen voor zonnecellen

Natuurlijke kleurstoffen voor zonnecellen

Dye-sensitized solar cells (DSC) is een veelbelovende methode om zonnecellen goedkoper te produceren. Het is onder meer geschikt voor toepassingen waar een lage lichtintensiteit heerst. Het punt is wel dat deze zonnecellen chemicaliën en metalen bevatten die milieubelastend zijn. Een onderzoeksgroep op de Hanzehogeschool wil nu het product en het productieproces verduurzamen.

Het principe achter DSC’s is niet nieuw. Al begin jaren negentig presenteerde Prof. Michael Grätzel de zogenaamde kleurstofzonnecel. Deze zet zichtbaar licht, afkomstig van de zon of kunstmatig licht, om in elektriciteit. ‘Het is een veelbelovende technologie’, stelt Rob van Haren, lector Transitie Bio-economie aan de Hanzehogeschool in Groningen. ‘Omdat DSC’s geen silicium bevatten, zijn de kosten aanzienlijk – zeg een factor 10 – lager dan van gangbare zonnecellen. Bovendien kunnen de cellen zowel voor grote als kleine applicaties worden ingezet. Er zijn grofweg twee markten voor zonnecellen: de grotere panelen die gebouwen of installaties voorzien van stroom of warmte en kleinere cellen die elektriciteit leveren aan draagbare elektronica.’

Game changer
Zo ver is het nog niet. Verschillende onderzoeksgroepen wereldwijd werken naarstig aan het verhogen van het photovoltaïsch rendement van de DSC’s. Inmiddels ligt deze net onder de 15 procent. Het laatstgenoemde percentage is volgens Van Haren de drempel die moet worden genomen naar de markt. ‘Jaren hebben onderzoekers stukje bij beetje het proces geoptimaliseerd’, aldus Van Haren. ‘Nu heeft de onderzoeksgroep van Grätzel in mei 2017 een artikel in Nature gepubliceerd dat een game changer kan worden.’ Grätzel en zijn team hebben een redox mediator ontwikkeld waarmee het transport van de elektronen sneller plaatsvindt. Daarmee neemt de efficiency toe met een factor 2: zo rond de 28 procent. ‘Een geweldige sprong voorwaarts’, zo stelt Van Haren.

Speelveld ligt open
‘Er zijn nog wel een aantal hordes te overwinnen. DSC’s zijn gebaseerd op synthetische kleurstoffen (een vaak gebruikte variant is een ruthenium-polypyridinemolecuul, red.) die het milieu belasten en de levensduur van de DSC’s verkorten omdat deze een corrosieve werking hebben op metalen zoals koper.’ Er zijn inmiddels verschillende proeven uitgevoerd om de synthetische kleurstof te vervangen door natuurlijke kleurstoffen. Deze testen zijn wel uitgevoerd in opstellingen voordat Grätzel en zijn groep met de nieuwe redox mediator op de proppen kwam. Van Haren: ‘Hierdoor ligt het speelveld helemaal open en zullen eerdere testen met natuurlijke kleurstoffen (bijvoorbeeld anthocyanen, chlorofyl, carotenoïden, red.) opnieuw moeten plaatsvinden.’

Stabiliteit
In principe zijn verschillende typen geschikt, maar de onderzoeksgroep van Van Haren zal zich in eerste instantie richten op anthocyanen. Deze kunnen, ook in minder zuivere concentraties, prima licht omzetten in energie. Bovendien ‘passen’ deze kleurstoffen in een productieproces waarbij in olie of water opgeloste extracten op een folie worden aangebracht, bijvoorbeeld in een gel. Een ‘punt van aandacht’ is wel de stabiliteit van natuurlijke kleurstoffen. De gevoeligheid voor UV-licht is een probleem dat kan worden verholpen met UV-filters of de formulering – door de toevoeging van anti-oxidanten – van het electroliet.

Lees verder in het complete artikel: ‘Natuurlijke kleurstoffen voor duurzame DSC’s’.

Bron: Agro&Chemie