Zonne-energie kan in opkomst zijn, maar zonnecellen zijn slechts zo efficiënt als de hoeveelheid zonlicht die ze opvangen. Onder leiding van een nieuwe professor aan de McCormick School of Engineering and Applied Science van de Northwestern University, onderzoekers hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat een breed scala aan golflengten absorbeert en zou kunnen leiden tot efficiëntere en goedkopere zonnetechnologie.

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, "Breedbandpolarisatie-onafhankelijke resonante lichtabsorptie met behulp van ultradunne plasmonische superabsorbers, " werd dinsdag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Het zonnespectrum is niet zoals een laser - het is erg breedbandig, beginnend met UV en gaand naar nabij-infrarood, " zei Koray Aydin, assistent-professor in de elektrotechniek en informatica en de hoofdauteur van het artikel. "Om dit licht zo efficiënt mogelijk op te vangen, een zonnecel moet een breedbandrespons hebben. Met dit ontwerp kunnen we dat bereiken."

De onderzoekers gebruikten twee onconventionele materialen – metaal en siliciumoxide – om dunne maar complexe, trapeziumvormige metalen roosters op nanoschaal die een groter bereik aan zichtbaar licht kunnen opvangen. Het gebruik van deze materialen is ongebruikelijk omdat op zichzelf, ze absorberen geen licht; echter, ze werkten samen op nanoschaal om zeer hoge absorptiesnelheden te bereiken, zei Aydin.

Het uniek gevormde rooster ving een breed scala aan golflengten op dankzij de lokale optische resonanties, waardoor licht meer tijd in het materiaal doorbrengt totdat het wordt geabsorbeerd. Dit composiet metamateriaal was ook in staat om licht vanuit veel verschillende hoeken te verzamelen - een nuttige eigenschap bij het omgaan met zonlicht, die zonnecellen onder verschillende hoeken raakt terwijl de zon de hele dag van oost naar west beweegt.

Dit onderzoek is niet direct toepasbaar op zonneceltechnologie omdat metaal en siliciumoxide licht niet kunnen omzetten in elektriciteit; in feite, de fotonen worden omgezet in warmte en kunnen nieuwe manieren mogelijk maken om de warmtestroom op nanoschaal te regelen. Echter, de innovatieve trapeziumvorm kan worden gerepliceerd in halfgeleidende materialen die in zonnecellen kunnen worden gebruikt, zei Aydin.

Indien toegepast op halfgeleidende materialen, de technologie kan leiden tot dunner, lagere kost, en efficiëntere zonnecellen, hij zei.