Energieverliezen in nanodraad-zonnecellen kunnen aanzienlijk worden verminderd door het oppervlak van de cellen te 'reinigen' met een speciale etsmethode. Dat blijkt uit onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e), Technische Universiteit Delft en Philips in een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Nano-letters . De zonnecel heeft een rendement van 11,1%, net onder het huidige wereldrecord zetten, maar het werd bereikt met veel minder materiaalgebruik. Dit is de laatste stap voorwaarts in de snelle ontwikkeling van dit type zonnecel in de afgelopen jaren.

De nanodraad-zonnecel is een relatief nieuw type cel waarin een bundel halfgeleidende draden, elk met een dikte van ongeveer 100 nanometer (1 nanometer is een miljoenste van een meter), licht opvangen en omzetten in elektriciteit. In de ontwikkeling van dit type zonnecel zijn de afgelopen jaren grote vorderingen gemaakt, en de behaalde efficiënties nemen snel toe met ongeveer 5% per jaar - een veel sterkere groei dan die van concurrerende zonneceltechnologieën.

Relatief groot oppervlak

Een groot voordeel van dunne nanodraden is de sterk verminderde behoefte aan kostbaar halfgeleidermateriaal, wat betekent dat ze tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd. Een nadeel is echter hun grote oppervlak ten opzichte van het volume - en het oppervlak is precies waar onvolkomenheden in het materiaal tot hoge energieverliezen leiden.

Piranha ets

In de publicatie in Nano-letters de onderzoekers, onder leiding van prof.dr. Erik Bakkers en dr. Jos Haverkort, een methode beschrijven om het oppervlak van indiumfosfide nanodraden veel gladder te maken, met minder onvolkomenheden. Dit doen ze met een door hen ontwikkelde etsmethode – 'piranha etching' genaamd – waarbij het oppervlak door een chemische reactie wordt 'schoongemaakt'.

Efficiëntieboost

Hun zonnecel bereikt een efficiëntie van 11,1% - iets minder dan het huidige wereldrecord van 13,8% dat eerder dit jaar werd behaald door een groep Zweedse, Duitse en Chinese onderzoekers gebruiken nanodraden van hetzelfde materiaal. De nanodraden van de Nederlandse onderzoekers zijn echter maar 40% zo dik. Aangezien de efficiëntie normaal daalt naarmate de draden dunner worden, de verwachte efficiëntie zou slechts ongeveer 4,5% moeten zijn. Dat betekent dat de 'schoonmaakklus' in feite een flinke efficiëntieslag geeft.

65% efficiëntie

De onderzoekers zien kansen om de efficiëntie in de nabije toekomst verder te verhogen met weinig extra inzet van middelen. "Door de dikte van de nanodraden te variëren en de manier waarop de kristallen erin worden gestapeld te verbeteren, we denken dat we binnenkort een efficiëntie van 20% moeten kunnen benaderen", zegt Bakker. Op langere termijn, het zou in theorie zelfs mogelijk moeten zijn om efficiënties van 65% te bereiken door meerdere subcellen te stapelen.