Je leest:

Houdbare zonnecel

Houdbare zonnecel

Auteur: | 13 oktober 2003

Onze elektronische samenleving is gebouwd op zand. Letterlijk: computerchips en zonnecellen zijn allemaal gemaakt van silicium, het hoofdbestanddeel van zand. En wie denkt dat het silicium extreem zuiver moet zijn om zo goed mogelijk te werken, heeft het mis. Want met een snufje germanium werken computerchips en fotodetectoren sneller en zetten zonnecellen meer licht om in elektrische stroom.

Raul Jimenez Zambrano van de vakgroep Fysica van Devices (Universiteit Utrecht) promoveerde op 8 oktober op een onderzoek dat liet zien hoe zonnecellen met germanium het ook langer intact blijven.

Het apparaat waarin Raul Jimenez Zambrano zijn zonnecellen maakte. De zonnecellen worden in een vacuüm gemaakt om ongewenste vervuiling uit de lucht tegen te gaan. bron: vakgroep Physics of Devices, Universiteit Utrecht

Als zonnecellen worden gefabriceerd door het aanbrengen van dunne lagen op glas, staal, plastic folie, dan kunnen de cruciale lagen wel 100 maal dunner worden gemaakt dan die van conventionele siliciumcellen. Door het inbouwen van Germanium in dunne siliciumlagen hoeven deze nieuwe cellen nog eens maar half zo dik te zijn. Dat zie je terug in productiekosten en maakt de zonnecellen dan ook betaalbaarder. Maar het grote probleem van silicium-zonnecellen is niet de dikte – het is houdbaarheid.

Eenmaal blootgesteld aan de zon daalt het rendement van de cel – de hoeveelheid energie in het zonlicht die daadwerkelijk in elektrische energie wordt omgezet – in het begin, om daarna bij een lager niveau te stabiliseren. Hetzelfde proces dat elektronen vrijmaakt uit het materiaal van de cel verbreekt namelijk ook de chemische bindingen tussen de siliciumatomen. Na verloop van tijd ontstaan er gaten in het rooster en is de zonnecel niet meer zo efficiënt als eerst.

Een zonnecel in werking. Zonnecellen bestaan uit halfgeleiders. Zonlicht kan elektronen losmaken uit de atomen in die halfgeleider, die dan door een elektrisch circuit gaan lopen. De achterblijvende gaten in het rooster hebben netto een positieve lading en bewegen de andere kant op: naburige elektronen schuiven het gat in, dat zich zo ‘verplaatst’. bron: Resources and Protection Technology

Dr. Jimenez Zambrano maakte gebruik van computermodellen om het ideale silicium-germanium-mengsel uit te rekenen. Dat bleek een stapsgewijs oplopende verhouding te zijn. In het tweede deel van zijn onderzoek bouwde de Utrechtse promovendus een prototype. Omdat in commerciële zonnecellen allerlei verfijningen gebruikt worden om het rendement op te krikken, is zijn prototype niet zo efficiënt als de zonnecellen van bijvoorbeeld SMART-1. Maar zijn zonnecel, stelt Jimenez Zambrano, heeft na 1000 uren blootstelling aan zonlicht maar 3% van zijn rendement verloren.

Gekoppeld aan een zonnecel van puur silicium (in een zogenaamde tandem-structuur) bereikt de cel een rendement van 8%, dalend naar 7,2% door het verval van de ‘pure’ zonnecel, de siliciumcel. “Zonnecellen van andere groepen,” zegt Jimenez Zambrano, “halen wel 10% rendement in een tandemstructuur. Maar die cellen bevatten veel dikkere halfgeleiderlagen en raken in de loop der tijd toch ook wel 2 à 3 % aan rendement kwijt. Wij denken ons rendement nog te verbeteren door methodes om licht in de zonnecel rond te laten kaatsen.” Door die truuk krijgt de zonnecel een aantal kansen om het licht om te zetten in elektrische stroom.

Zonnecellen in Punjab leveren elektrische stroom aan afgelegen gebieden. bron: CelSolarklik op de afbeelding voor een grotere versie

De zonnecel van Jimenez Zambrano is dan nog wel niet de beste op de markt, maar de technieken die de kersverse doctor heeft ontwikkeld kunnen ook op bestaande ontwerpen worden toegepast. Dat opent de weg naar betere, stabielere zonnecellen. Die zijn niet alleen interessant voor de derde wereld, ook ons eigen landje zou er niet slecht aan doen een parkje met zonnecellen te openen om stroomgebrek zoals dat in augustus te voorkomen.

Meer weten:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 oktober 2003

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.