13 sep. 2009
2 minuten
Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben voor het eerst haarscherpe 3D-beelden gemaakt van het binnenste van een polymere zonnecel. Samen met Duitse collega’s van de Universiteit van Ulm kregen zij hierdoor een beter beeld van de nanostructuren in de cellen en de invloed hiervan op de prestaties van de zonnecel.
De resultaten geven nieuwe informatie over hoe polymere zonnecellen precies werken. Dit is cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van deze klasse zonnecellen.
Goedkoop, buigzaam en lichtgewicht
Polymere zonnecellen halen nog lang niet de rendementen van silicium cellen. Ze hebben wel andere voordelen. Zo kunnen polymere zonnecellen op een drukpers ‘roll-to-roll’ geproduceerd worden, op hoge snelheden. Dit maakt deze technologie in potentie erg goedkoop. Ook zijn ze buigzaam en licht, wat ze geschikt maakt voor toepassingen op voertuigen, in kleding en in het design van gebruiksvoorwerpen.
Ingewikkeld patroon
Een polymere zonnecel bestaat uit twee materialen die op een ingewikkelde manier door elkaar zijn gemixt. Daarbij moet een afweging worden gemaakt. Hoe ingewikkelder dat patroon, hoe groter het grensoppervlak tussen materialen A² en B, en hoe meer ladingen er worden gecreëerd wanneer er zonlicht op de cel valt. Maar tegelijkertijd zitten al die bochten het transport van die ladingen in de weg. Voor een goed functionerende zonnecel moeten die wel hun weg kunnen vinden naar de elektroden.
CT-scan op nanoschaal
Wil je dus betere zonnecellen maken, dan is het van belang om de verwevenheid van de twee materialen goed in beeld te kunnen brengen. Dit was voorheen extreem lastig, maar door gebruik te maken van ‘3D&sub2 electron tomography’ (vergelijkbaar met een CT2-scan, maar dan met een elektronenmicroscoop op nanoschaal) heeft het onderzoeksteam de materiaalstructuur met niet eerder vertoond detail in beelden gevangen.
Aan de hand van deze beelden kon het team van het Institute of Stochastics in Ulm essentiële parameters berekenen, zoals de afstanden tussen de twee materialen en welk deel van het netwerk in contact staat met de elektroden. Deze analyse kwam perfect overeen met het gemeten gedrag van de zonnecellen in zonlicht.
Toekomst
De grootste uitdaging is het rendement van plastic zonnecellen omhoog te schroeven. De sleutel daarvoor ligt in het precies kunnen beïnvloeden van de vorm op nanoschaal van de lichtgevoelige laag. Bijvoorbeeld door materialen te ontwikkelen die een groter deel van het zonnespectrum kunnen gebruiken voor de omzetting naar elektriciteit.
Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Materials, ‘The effect of three-dimensional morphology on the efficiency of hybrid polymer solar cells’, by Stefan Oosterhout et al. is te vinden via DOI 10.1038/NMAT2533.
Het onderzoek werd uitgevoerd aan de TU Eindhoven en de Universiteit van Ulm. Het werd gefinancierd door het Joint Solar Programme van FOM, NWO Chemische Wetenschappen, Shell Research Stichting, de Deutsche Forschungsgemeinschaft, SenterNovem en het Dutch Polymer Institute.
Anderen lazen ook
