Wetenschappers van de Pusan National University in Zuid-Korea hebben een multi-junction-zonnecel ontwikkeld met een geïntegreerde stralingskoeler, die gericht is op het verlagen van de celtemperatuur en het verhogen van de vermogensopbrengst, zo bericht pv magazine.

De prestatie van de zonnecel met de stralingskoeler werd geanalyseerd door middel van veldtesten onder ongeveer 900 Wm-2 direct zonlicht en werd vergeleken met die van een referentiecel zonder de koeltechniek. De bedrijfstemperatuur van het apparaat met de koeler bleek zes  graden Celsius lager te zijn en de nullastspanning twee procent hoger. Het toonde ook een hogere kortsluitstroom van 0,5 mA.

Triple-junction zonnecel
Stralingskoeling is het principe dat alle objecten op aarde een deel van de warmte afgeven die ze ontvangen van de infrarode-straling van de zon. De atmosfeer duwt die warmte terug naar de aarde. Dit geldt niet voor infrarode-golflengten, die aan de atmosfeer kunnen ontsnappen.

"De technologie van onze stralingskoeler kan worden toegepast op alle soorten zonnecellen, maar is het meest geschikt voor zonnecellen met meerdere juncties met een lage bandgap, omdat deze het minst kwetsbaar is voor sub-bandgap-verwarming", vertelt onderzoeker Gil Ju Lee.

De triple-junction zonnecel is gebaseerd op indium galliumfosfide (InGaP), galliumarsenide (GaAs) en Germanium (Ge) en gemaakt met een microrooster van glas, bestaande uit een tweedimensionale x-frameworkstructuur bevestigd op het oppervlak van de zonnecel. Van deze structuur wordt gezegd dat de door de cel geproduceerde warmte efficient door de atmosfeer de ruimte in kan worden gestuurd. "Ons onderzoek is de eerste theoretische en experimentele demonstratie van de effectiviteit van in stralingskoelers geïntegreerde zonnecellen", aldus de wetenschappers.

Ultraviolet-uithardbare lijm
Een heldere en transparante ultraviolet-uithardbare lijm werd gebruikt om de cel met de koeler te verbinden en er werd geen antireflectiecoating op de cel aangebracht. Goudmetaal werd aan de bovenzijde van het apparaat gemaasd en aan de onderzijde geplateerd, waarbij saffier als substraat werd gebruikt. “De zonne-energiewinst wordt aanzienlijk verhoogd, vooral bij de beglazingshoek, dankzij het langgerekte optische pad dat wordt geproduceerd door de diffractie van de light-trapping radiative cooling (LTRC)”, legden de onderzoekers uit.

"Onze stralingskoeler is gebaseerd op een zeer goedkoop glasmateriaal", legt Lee verder uit. "Er moet een extra behandeling in het glasmateriaal worden toegevoegd om een microrooster tweedimensionaal op het glasoppervlak te maken. Het zou niet heel duur hoeven te zijn, omdat het glas goedkoop is en de technologie voor het microrooster volwassen is.”

Gebruik om inkapselingsmiddelen in zonnecellen te vervangen
Ju Lee noemde ook de mogelijkheid om de stralingskoeler te gebruiken om inkapselingsmiddelen in zonnecellen te vervangen, wat volgens de onderzoeker de extra kosten meer dan compenseert. "De stralingskoeler kan dezelfde mate van bescherming bieden", benadrukt de onderzoeker. Hierbij merkte hij op dat de integratie van de koeltechnologie in de commerciële productie van zonnemodules gemakkelijk kan worden bereikt, wat bij opschaling de kosten van de koelers verder helpt verlagen.

De nieuwe technologie werd gepresenteerd in het artikel Determining the Effectiveness of Radiative Cooler-Integrated Solar Cells, gepubliceerd in Advanced Energy Materials. "De benadering van stralingskoeling die in deze studie wordt gepresenteerd, is vooral effectief voor zonnecellen met meerdere verbindingen en ook voor het concentreren van fotovoltaïsche cellen", concludeerden de wetenschappers.