Onderzoekers van de Korea University hebben een nieuw nanomateriaalontwerp ontwikkeld met behulp van zelfassemblerende gouden nanobolletjes die de absorptie van zonne-energie aanzienlijk verbeteren. Deze doorbraak pakt een belangrijke uitdaging op het gebied van hernieuwbare energie aan: het vastleggen van het volledige spectrum van zonlicht, inclusief golflengten buiten zichtbaar licht.
De uitdaging van de absorptie van het zonnespectrum
De huidige zonnetechnologieën hebben moeite om het gehele spectrum van zonnestraling efficiënt te absorberen. Hoewel materialen als gouden en zilveren nanodeeltjes veelbelovend zijn, is hun absorptie doorgaans beperkt tot zichtbare golflengten. Het vastleggen van nabij-infraroodlicht, dat een aanzienlijk deel van het zonlicht uitmaakt, is nog steeds moeilijk. Dit is van cruciaal belang omdat een breder absorptiespectrum zich direct vertaalt in een hogere energieconversie-efficiëntie.
De oplossing: zelfassemblerende gouden Supraballs
Het team van de Korea University, onder leiding van Seungwoo Lee, heeft deze uitdaging aangepakt door ‘supraballs’ te ontwikkelen: clusters van gouden nanodeeltjes die zich spontaan in kleine bolletjes verzamelen. Door de diameter van deze supraballen zorgvuldig aan te passen, maximaliseerden ze de absorptie over een groter bereik aan golflengten.
Simulatie en fabricage
De onderzoekers gebruikten eerst computersimulaties om het supraball-ontwerp te optimaliseren, waarbij ze een absorptie-efficiëntie van meer dan 90% voorspelden. Vervolgens creëerden ze een film van deze supraballen door een vloeibare oplossing te drogen op een thermo-elektrische generator, een apparaat dat licht direct omzet in elektriciteit. Het proces vereist met name geen gespecialiseerde cleanroomomstandigheden of extreme temperaturen, waardoor het zeer schaalbaar is.
Prestatieresultaten
Testen met een LED-zonnesimulator toonden aan dat de generator met supraball-coating ongeveer 89% van het zonlicht absorbeerde – bijna het dubbele van de absorptiesnelheid (45%) van een vergelijkbaar apparaat dat conventionele gouden nanodeeltjes gebruikte.
“Onze plasmonische supraballen bieden een eenvoudige route om het volledige zonnespectrum te benutten”, legt Dr. Lee uit.
Implicaties voor hernieuwbare energie
Deze technologie zou de kosten drastisch kunnen verlagen en de efficiëntie van zonne-thermische en fotothermische systemen kunnen verbeteren. De eenvoud van de fabricage maakt het potentieel haalbaar voor grootschalige inzet. Het belangrijkste voordeel is dat deze aanpak hoogefficiënte zonne-energie toegankelijker kan maken, waardoor de transitie naar hernieuwbare bronnen wordt versneld.
Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Applied Materials & Interfaces.
https://doi.org/10.1021/acsami.5c23149
Deze ontwikkeling vertegenwoordigt een belangrijke stap in de richting van een effectievere en betaalbare oogst van zonne-energie, waardoor mogelijk een nieuwe generatie hernieuwbare technologieën wordt ontsloten.
