Dorine Schenk
De huidige silicium zonnecellen hebben een theoretisch efficiëntielimiet van ongeveer 30 %. Dat komt onder andere doordat hoogenergetische fotonen (lichtdeeltjes) van de zon hun energie gedeeltelijk omzetten in warmte. MIT-onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld om die limiet te breken. Ze denken uit het energierijkere deel van het zonnespectrum (groen en blauw) twee keer zoveel elektrische stroom te kunnen op te wekken als gangbare zonnepanelen kunnen.
De ongewenste warmteproductie in zonnecellen ontstaat doordat elk inkomend foton maximaal één elektron vrij kan maken in de zonnecel. Zelfs fotonen die genoeg energie hebben om twee elektronen vrij te maken, moeten zich beperken tot één. De rest van hun energie komt vervolgens vrij als warmte.
Met de nieuwe techniek kan een energierijk foton twee elektronen vrijmaken. De basis hiervoor werd zes jaar geleden ontwikkeld door dezelfde groep MIT-onderzoekers die toen aantoonden dat in het materiaal tetraceen de energie van één foton omgezet wordt in een ‘energiepakketje’ genaamd exciton. In tegenstelling tot elektronen kunnen excitonen in tweeën gesplitst worden. Zo kan de energie van één foton in twee excitonen resulteren.
Jarenlang was het lastig om de energie van excitonen over te dragen aan het silicium van de zonnecellen zodat het omgezet wordt in bruikbare elektriciteit. Dit hebben de onderzoekers nu voor het eerst voor elkaar gekregen door tussen het tetraceen en het silicium een dun laagje hafniumoxynitride te smeren van 0,8 nm dik. Dit laagje blijkt een ideale brug om de energie over te dragen.
De testopstelling van MIT was nog niet efficiënter dan de huidige zonnecellen, die ook de 30 % nog niet halen. Maar in theorie kan het efficiëntielimiet van zonnecellen met tetraceen en hafniumoxynitride omhoog naar 35 %.
