Je leest:

‘Lawine-effect’ in zonnecel

‘Lawine-effect’ in zonnecel

Onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hebben aangetoond dat het zogenoemde lawine-effect van elektronen optreedt in bepaalde zeer kleine halfgeleidende kristallen. Dit natuurkundige effect opent wellicht de mogelijkheid om goedkope zonnecellen te maken met een hoog rendement.

Zonnecellen bieden op termijn een aantrekkelijke mogelijkheid om grootschalig elektriciteit op te wekken. Belangrijke beperkingen zijn nu echter nog het relatief lage rendement van de meeste zonnecellen (typisch vijftien procent) en de hoge productiekosten.

Een mogelijke verbetering zou kunnen komen van een nieuw type zonnecellen dat is gemaakt van halfgeleidende nanokristallen (kristallen met afmetingen in het nanometergebied). In conventionele zonnecellen kan één foton (lichtdeeltje) precies één elektron vrij maken. De creatie van deze vrije elektronen zorgt er voor dat de zonnecel werkt en stroom kan leveren. Hoe meer elektronen er vrij worden gemaakt, hoe hoger het rendement van de zonnecel.

Ladingsvermenigvuldiging in een nanokristal. Links geeft een lichtdeeltje (foton) een elektron ruim genoeg energie om over de bandkloof van de halfgeleider te springen. Het elektron kan nu door de zonnecel bewegen en worden afgetapt. Ook het achtergebleven gat in de elektronenzee van het materiaal wordt afgetapt; het is netto positief geladen. Als het losgeweekte elektron teveel energie heeft, gaat die meestal verloren als warmte (rechtsboven). Onder speciale omstandigheden kunnen elektron en gat hun overtollige energie gebruiken om nog een elektron-gat-paar los te weken van hun atoomkern (rechtsonder). Daardoor produceert de zonnecel meer elektriciteit met dezelfde hoeveelheid energie. bron: Laurens Siebbeles. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Ladingsvermenigvuldiging

In sommige halfgeleidende nanokristallen kan een foton echter wel twee of drie elektronen vrijmaken, een lawine-effect dus. Dit leidt theoretisch tot een maximaal rendement van 44 procent in een zonnecel gemaakt van de juiste halfgeleidende nanokristallen. Bovendien zouden dergelijke zonnecellen relatief goedkoop te fabriceren zijn.

In 2004 maten wetenschappers van Los Alamos National Laboratories het lawine-effect voor het eerst. In de jaren daarna is in de wetenschappelijke wereld echter twijfel ontstaan over de waarde van deze metingen. Bestond het lawine-effect nu wel of niet?

Binnen het Joint Solar Programme heeft prof. dr. Laurens Siebbeles van de TU Delft nu aangetoond dat het lawine-effect wel degelijk optreedt in loodselenide (PbSe) nanokristallen. Wel is geconstateerd dat het effect in dit materiaal kleiner is dan eerder onderzoekers eerder aannamen. De reden dat Siebbeles tot betrouwbaardere resultaten is gekomen dan andere wetenschappers, ligt in het zorgvuldiger en gedetailleerder meten met ultrasnelle lasermethoden.

Het onderzoek opent volgens Siebbeles nieuwe wegen om de geheimen van het lawine-effect verder te ontrafelen. De onderzoekers publiceerden over hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nano Letters.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
© Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 27 mei 2008

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.