Gesplitst licht geeft stabiele verbetering van zonnecellen

"Er zijn twee veelbelovende strategieën die zonnecellen enorm kunnen verbeteren", zegt promovendus Moritz Futscher. "De eerste, tandem zonnecellen gebaseerd op hybrides van perovskiet en silicium , krijgt veel aandacht en wordt uitgebreid bestudeerd door wetenschappers in de hele wereld. Wij doen ook onderzoek naar perovskiet, maar we zijn tevens één van de weinige groepen die singlet-splijting onderzoeken."

De energie van fotonen veranderen

Singlet-splijting is een proces dat enkel plaatsvindt in organische halfgeleiders. Na absorptie van een foton met hoge energie, ontstaat een hoog-energetisch deeltje, een singlet exciton. Dit deeltje splitst zich in twee triplet excitons, met ongeveer de helft van de energie per stuk. "Met dit principe kun je uit elk hoog-energetisch foton twee fotonen met lagere energie creëren, die vervolgens worden uitgezonden naar een onderliggende zonnecel via kwantumdots. Op deze manier werkt singlet-splijting als foton-vermenigvuldiger."

Theoretische vergelijking

Futscher en zijn collega’s vergeleken zonnecellen met singlet-splijting en silicium met tandem zonnecellen met perovskiet en silicium middels een theoretisch model, waarbij ze realistische omstandigheden gebruikten. "We weten dat tandem zonnecellen erg goed werken in zonnige gebieden, maar dat ze onder variabele weersomstandigheden veel minder goed presteren. Daarom hebben we het weer en het zonnespectrum meegenomen in onze vergelijking", zegt Futscher. "We ontdekten dat singlet fission in staat is om de beste silicium zonnecellen evenveel te verbeteren als met tandem zonnecellen mogelijk is. Daarnaast zagen we dat singlet fission ook bij veranderende weersomstandigheden een stabiele rendementsverbetering oplevert."

Eenvoudige upgrade

Dat zonnecellen met singlet-splijting potentieel even goed zijn als tandem zonnecellen – en onder sommige omstandigheden zelfs beter – maken ze tot een interessant alternatief. "Deze fotonenvermenigvuldigers zijn eenvoudig te maken. Het is in feite een dunne plastic folie die bovenop een zonnecel geplaatst kan worden. De technologie van de zonnecel zelf hoeft niet te worden aangepast", zegt Futscher. "Hoewel de resultaten het best zijn voor de nieuwste state-of-the-art zonnecellen, zou zo’n folie zelfs de prestaties van bestaande zonnecellen kunnen verbeteren, vooral in de wisselende weersomstandigheden die we in Nederland hebben."