Wereldrecord voor nanodraad-zonnecellen

In tegenstelling tot andere typen zonnecellen bestaan nanodraadzonnecellen niet uit massieve lagen. Ze bestaan uit een ‘grasveld’ van rechtopstaande draadjes die circa tweehonderd nanometer dik zijn. Die nanodraadjes vangen het licht op en zetten het om in elektriciteit. Sinds de uitvinding ervan, minder dan 10 jaar terug, is het rendement naar 17,8 procent geklommen. Dat is een stijging waar de andere soorten zonnecellen veertig jaar over deden.

Het oude record, van 15,3 procent, was in handen van de universiteit van Lund in Zweden.

Het efficiëntiepercentage geeft aan hoeveel van de energie in het zonlicht dat op de cel valt, beschikbaar komt als elektrische energie. Theoretisch ligt de grens van nanodraad-zonnecellen op 46 procent, wat flink hoger is dan de limiet voor vlakke, ongestapelde zonnecellen: 34 procent. Daarnaast zijn nanodraadcellen in principe vrij goedkoop te produceren.

Ruimte voor verbetering

Er is dus nog veel ruimte voor verbetering. Van Dam hoopt dat zijn record snel sneuvelt; hij denkt dat twintig procent haalbaar is binnen enkele jaren. Maar voor de nanodraadcellen richting verkoop kunnen, moeten ze concurrerend zijn. Daarvoor is een opbrengst van circa 25 procent nodig, en het productieproces moet verbeterd worden. Qua kosten is verder nog veel te winst behalen door over te stappen van het relatief zeldzame materiaal indiumfosfide naar de ruim beschikbare halfgeleider silicium.

Antenne

De realisatie van ‘s werelds meest efficiënte nanodraadcel is het resultaat van het theoretische en experimentele werk van Dick van Dam. Zijn collega-onderzoeker Yingchao Cui fabriceerde de zonnecel, in de cleanroom van de TU/e. Van Dam ontdekte bij zijn onderzoek dat de nanodraadcel tot twintig procent meer licht absorbeert, doordat de draden als een soort antenne het licht vangen. Dat deed hij met vijf keer zo weinig materiaal als vlakke zonnecellen. Dat is gunstig, want minder materiaal betekent minder kans op foutjes in het materiaal die de energieopbrengst verlagen. Een ander effect dat bijdraagt aan de prestaties van de nanodraadcel is dat de draadjes het licht als het ware concentreren. Uit het onderzoek van Van Dam blijkt dat de dikte van de nanodraden bepaalt hoe goed het licht wordt geconcentreerd.

Dick van Dam promoveerde op 17 oktober in de vakgroep Photonics and Semiconductor Nanophysics van de faculteit Technische Natuurkunde. Hij was in 2012 seizoenswinnaar van de TV-quiz ‘Met het mes op tafel’.