Kan een fotovoltaïsche cel gebruikt worden om uit de radioactieve straling in een kerncentrale elektrische energie op te wekken?

Antwoord

In theorie is het mogelijk om met het fotovoltaisch principe radioactiviteit te gaan opvangen. Maar in de praktijk zal dit met de bestaande zonneceltechnologie nooit erg efficient kunnen gebeuren.

Eerst een eenvoudig formuletje: de energie van een foton (zowel licht als x-straal) kan je relateren met de golflengte via:

E (energie in electron-volt of eV) = 1.24 / λ (de golflengte in μm)

Nu worden zonnecellen gemaakt uit halfgeleider-materialen zoals Silicium of GaAs. Met elke halfgeleider kan je een karakteristieke energie associeren: de zogenaamde verboden zone energie E_g (Engels: band-gap energy). Voor de meest courante halfgeleiders ligt de waarde van deze bandgap energie tussen een paar tiendes van een electron-volt en vijftal electron-volt.

Nu zetten de zonnecellen het meest efficient licht/straling om in elektriciteit als de energie van de fotonen gelijk is of een beetje groter dan de bandgap energie van het halfgeleider materiaal.  Als je nu de bandgap energieen vergelijkt met hun corresponderende golflengtes  via de formule hierboven dan zien je dat dit vooral overeenkomt met zichtbaar en infrarood licht: net wat de zon produceert! Tussen haakjes: om deze reden worden de meest efficiente zonnecellen gemaakt uit een stapel van verschillende soorten halfgeleiders die elk een bepaald deel van het zonlicht 'verwerken'. Daarom hebben typische zonnecellen een energie-omzettingsefficientie tussen 10% en 40%.

Radioactieve straling daarentegen heeft een veel kortere goflengte (vanaf 0.01μm en nog kleiner) en hun corresponderende foton-energie is dus altijd groter dan 125eV. Dit 'licht' kan door de halfgeleider worden geabsorbeerd (al heb je dan een zeer dikke laag nodig), maar het grootste deel van het verschil in energie tussen het foton en de bandgap van de cel zal worden omgezet in warmte en niet in electriciteit...

Daarenboven is Silicium niet echt bestand tegen radioactieve straling en zou de zonnecel zeer snel aan efficientie en functionaliteit verliezen.