De nanodraadzonnecel is een relatief nieuw type zonnecel, waarbij een verzameling halfgeleidende draden met een dikte van ongeveer honderd nanometer (een nanometer is een miljardste meter) licht opvangen en omzetten in elektriciteit. De laatste jaren neemt de ontwikkeling van dit type zonnecel een grote vlucht. Het behaalde rendement schiet met ongeveer vijf procent per jaar omhoog – een veel sterkere groei dan bij concurrerende technologieën voor zonnecellen te zien is.

De nanodradenzonnecel. De draadjes zijn goed zichtbaar onder een elektronenmicroscoop.

TU Eindhoven

TU Eindhoven

Groot voordeel van het gebruik van dunne nanodraden is een veel kleinere behoefte aan kostbaar halfgeleidermateriaal, zodat ze goedkoper gefabriceerd kunnen worden. Nadeel is echter dat de oppervlakte van de dradenstructuur relatief groot is ten opzichte van het volume. En laat dat nou net de plek zijn waar imperfecties in het materiaal tot veel energieverlies leiden.

In de publicatie in Nano Letters beschrijven de onderzoekers onder leiding van Erik Bakkers en Jos Haverkort een methode om het oppervlak van nanodraden van indiumfosfide veel gladder te maken, met minder imperfecties. Ze bereiken dat met een door henzelf ontwikkelde etsmethode – het zogenaamde piranha etching, oftewel piranha-etsen – waarbij een chemische reactie de oppervlakte ‘schoonmaakt’.

Efficiëntieboost

Hun zonnecel haalt daarna een rendement van 11,1 procent. Dat is iets minder dan het huidige wereldrecord van 13,8 procent, dat eerder dit jaar met hetzelfde materiaal nanodraden behaald werd door een groep Zweedse, Duitse en Chinese onderzoekers. De nanodraden van de Nederlanders zijn echter 2,5 keer zo dun.

Zijaanzicht van de zonnecel.

TU Eindhoven

TU Eindhoven

Aangezien het rendement normaal gesproken proportioneel omlaag gaat met een dunnere draad – en ze dus een rendement van zo’n 4,5 procent zouden verwachten – zorgt de schoonmaakklus blijkbaar voor een aanzienlijke efficiëntieboost.

De onderzoekers zien daarom mogelijkheden om het rendement met weinig middelen op korte termijn nog verder te verhogen. “Met het variëren van de dikte en een betere stapeling van de kristallen in de nanodraden denken we binnenkort richting de twintig procent te gaan”, zegt Bakkers. Op de langere termijn zou door middel van het stapelen van meerdere subcellen in theorie zelfs rendementen van 65 procent mogelijk moeten zijn.