Zonnecelonderzoekers vangen licht met zilveren nanodeeltjes (video)

Het onderzoek van Tan en Santbergen brengt de grootschalige productie van goedkope dunnefilm zonnecellen met een hoog rendement een stap dichterbij. Hun onderzoek is gepubliceerd op de website van het wetenschappelijke tijdschrift Nano Letters. 

Verkeersregelaars

Bij dunnefilm zonnecellen is de laag halfgeleidermateriaal zo dun dat veel lichtdeeltjes dwars door het materiaal heen schieten zonder elektriciteit te hebben opgeleverd. Door het vergroten van de optische dikte van de zonnecel door fotonenmanagement – ‘light trapping’ – blijven lichtdeeltjes zo lang mogelijk in de cel of worden ze vlak voor het verlaten ervan teruggekaatst. Een gebruikelijke, maar complexe manier om de optische dikte te vergroten is het ruw maken van het oppervlak van het halfgeleidermateriaal. Deze methode van ‘light trapping’ biedt weinig ruimte voor verdere verbetering. TU Delft zonnecelonderzoekers Tan en Santbergen tonen aan dat een andere manier van ‘light trapping’, namelijk het gebruik van zilveren nanodeeltjes aan de achterkant van de zonnecel, het rendement van de zonnecel ook aanzienlijk verbetert. 

Promovendus Tan en postdoc Santbergen integreerden hun nanodeeltjes in een echte zonnecel. De zilveren nanodeeltjes aan de achterkant van de zonnecel fungeren als verkeersregelaars die lichtdeeltjes onder een bepaalde hoek teruggeleiden de zonnecel in om alsnog een stroompje te veroorzaken. De onderzoekers hebben een proces ontwikkeld waarmee nanodeeltjes met de ideale grootte, vorm en oppervlak kunnen worden gemaakt. De deeltjes kaatsen zoveel lichtdeeltjes terug dat de dunne-filmzonnecel een rendement krijgt dat net zo goed is als – en in potentie veel beter dan met – de gangbare andere manieren van ‘light trapping’. 

Flexibele zonnecellen

Flexibele zonnecellen zijn veel goedkoper dan de huidige kristallijn silicium zonnepanelen. Ze gebruiken minder materiaal en hebben bovendien significant lagere installatiekosten doordat ze op flexibele substraten gemaakt kunnen worden. Omdat de laag halfgeleidermateriaal in flexibele zonnecellen zo’n 100 tot 500 keer dunner is dan bij reguliere zonnepanelen, gaan veel lichtdeeltjes dwars door het materiaal heen zonder tot elektrische stroom te leiden. Aan de TU Delft werkt de onderzoeksgroep Photovoltaic Materials and Devices van Professor Miro Zeman aan het verbeteren van het rendement van deze zonnecellen, onder meer door ‘light trapping’.

Het onderzoek is gefinancierd met een STW-VIDI beurs van onderzoeker Arno Smets. 

  

Het artikel is te vinden op de website van Nano Letters: Hairen Tan, Rudi Santbergen, Arno H. M. Smets, Miro Zeman. Plasmonic Light Trapping in Thin-film Silicon Solar Cells with Improved Self-Assembled Silver Nanoparticles, in: Nano Letters (website 3 juli 2012).