Je leest:

Nanodeeltjes vangen licht voor zonnecel

Nanodeeltjes vangen licht voor zonnecel

Auteur: | 12 juli 2012

Onderzoekers van de TU Delft hebben aangetoond dat nanodeeltjes het rendement van een dunne en flexibele zonnecel kunnen vergroten. De deeltjes zorgen ervoor dat binnenvallende fotonen nogmaals door de zonnecel gaan om elektriciteit op te wekken.

Een flexibele zonnecel in het laboratorium van de TU Delft.
TU Delft

De techniek is er op ingericht in de zonnecel zoveel mogelijk fotonen in elektriciteit om te zetten. Hairen Tan en Rudi Santbergen gebruikten daarvoor nanodeeltjes van zilver die zich achter een dunne en flexibele siliciumzonnecel bevinden. De deeltjes vangen de fotonen die in eerste instantie door de zonnecel heen gevallen zijn en kunnen ze teruggeven aan de zonnecel. Het onderzoek is begin deze maand gepubliceerd op de website van het wetenschappelijke tijdschrift Nano Letters.

De methode die Tan en Santbergen ontwikkelen is een relatief nieuwe vorm van light trapping (het vangen van licht). Daaronder vallen ook technieken die al tientallen jaren worden verkend in de zoektocht naar zonnecellen met een hoog rendement. De laatste jaren worden steeds vaker met succes nanodeeltjes ingezet voor het vangen van licht.

Alternatieve manier van licht vangen

Een oudere manier van light trapping – zonder nanodeeltjes – berust op het ruw maken van het oppervlakte van de zonnecel. Daardoor worden binnenvallende fotonen als het ware in de cel heen en weer gekaatst. Op die manier zijn ze langer in de zonnecel en is de kans groter dat ze worden geabsorbeerd.

Ook in de Delftse zonnecel worden fotonen zo lang mogelijk vastgehouden. De zonnecel bestaat uit een dunne laag van silicium waarin de elektriciteit wordt opgewekt. Die ligt bovenop een spiegel waar de nanodeeltjes van zilver op liggen. De nanodeeltjes zorgen ervoor dat fotonen die in eerste instantie niet door het silicium zijn opgenomen onder een hoek worden teruggekaatst. Door de schuine (en dus langere) baan van de lichtdeeltjes door de zonnecel is de kans vervolgens groot dat ze worden geabsorbeerd.

Een doorsnede van de zonnecel. Klik voor een uitleg.
TU Delft/Hairen Tan

Juiste nanodeeltjes

De kunst is volgens de onderzoekers om de nanodeeltjes de juiste vorm en grootte te geven om een optimaal rendement te veroorzaken. “Onze zilverdeeltjes zijn ongeveer 200 à 300 nanometer groot en zien eruit als dikke pannenkoeken”, laat Santbergen aan de telefoon weten. “We maken ze door een uniform laag zilver te verwarmen tot 400 graden Celsius, waardoor de laag opbreekt in kleine druppeltjes; de nanodeeltjes.”

Voor het eerst heeft deze manier van light trapping evenveel rendement opgeleverd als met de ruwe-oppervlakte-methode. De onderzoekers zagen dat de nanodeeltjes de efficiëntie van de zonnecel van 6,3 naar 7,9 procent opkrikte. Ten opzichte van alternatieve light-trapping-methodes is deze verbetering nagenoeg hetzelfde. “De doorbraak is echter dat we nu met een andere dan gebruikelijke methode hetzelfde resultaat hebben gehaald”, zegt Santbergen. “Een methode die volgens ons nog sterk verbeterd kan worden in tegenstelling tot de alternatieven. Het is simpeler, goedkoper en beter op te schalen.”

Stimulans voor de flexibele zonnecel

Deze methode kan de flexibele zonnecel een extra stimulans geven. Want hoewel ze nog achterblijven als het om rendement gaat (een reguliere zonnecel kan wel een rendement van 20 procent hebben) zijn ze veel goedkoper. De flexibele variant gebruikt minder materiaal (ze zijn wel 100 tot 500 keer dunner) en heeft bovendien significant lagere installatiekosten omdat hij op flexibele substraten gemaakt kan worden.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 juli 2012

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.