Zonnepanelen hebben een enorm potentieel om betaalbare duurzame energie te leveren, maar veel mensen zien traditionele zwarte en blauwe panelen als een doorn in het oog. architecten, huiseigenaren en stadsplanners zouden meer open kunnen staan ​​voor de technologie als ze groene panelen zouden kunnen installeren die opgaan in het landschap, rode panelen op daken en witte gecamoufleerd als muren.

Een nieuwe studie die deze week is gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven brengt ons een stap dichter bij een toekomst van kleurrijke, efficiënte zonnepanelen. Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om bestaande zonnepanelen te bedrukken met nanopatronen van silicium die groen licht terugverstrooien naar een waarnemer. De panelen zien er vanuit de meeste hoeken groen uit, maar vertonen slechts een vermogensreductie van ongeveer 10 procent door het verlies van geabsorbeerd groen licht.

"Sommige mensen zeggen 'waarom zou je zonnecellen minder efficiënt maken?' Maar we kunnen zonnecellen mooi maken zonder al te veel efficiëntie in te leveren, zei Verena Neder, een onderzoeker bij AMOLF en hoofdauteur van het artikel. "De nieuwe methode om de kleur van de panelen te veranderen is niet alleen eenvoudig toe te passen, maar ook aantrekkelijk als architectonisch ontwerpelement en heeft het potentieel om het gebruik ervan te verbreden."

Het meeste onderzoek naar zonnecellen was gericht op het verhogen van de efficiëntie en het verlagen van de kosten. Momenteel, de zonnepanelen die aan consumenten worden verkocht, kunnen idealiter tot 22 procent van het zonlicht omzetten in bruikbare energie. Gekleurde zonnepanelen zijn al op de markt, maar de kleurstoffen en reflecterende coatings die ze hun kleur geven, verminderen de efficiëntie aanzienlijk.

Neder en collega's creëerden hun efficiënte, groene zonnepanelen door middel van soft-imprint lithografie, die enigszins werkt als een optische rubberen stempel om een ​​dichte reeks silicium nanocilinders op de celoppervlakken te drukken. Elke nanocilinder is ongeveer 100 nanometer breed en vertoont een elektromagnetische resonantie die een bepaalde golflengte van licht verstrooit. De geometrie van de nanocilinder bepaalt welke golflengte hij verstrooit en kan nauwkeurig worden afgesteld om de kleur van de zonnecel te veranderen. De opdruk vermindert het rendement van het zonnepaneel met ongeveer 2 procent.

"In principe, deze techniek is gemakkelijk schaalbaar voor fabricagetechnologie, zei Albert Polman, een wetenschappelijke groepsleider bij AMOLF en senior auteur op het papier. "Je kunt een rubberen stempel gebruiken ter grootte van een zonnepaneel die in één stap, kan het hele paneel vol met deze kleine, precies gedefinieerde nanodeeltjes."

In tegenstelling tot bestaande gekleurde zonnepanelen, de nanopatronen geven een consistente uitstraling vanuit verschillende hoeken. "De structuur die we hebben gemaakt is niet erg gevoelig voor de waarnemingshoek, dus zelfs als je er vanuit een brede hoek naar kijkt, het lijkt nog steeds groen, ' zei Neder.

De nanopatronen kunnen ook nuttig zijn bij het maken van tandemzonnecellen, die meerdere lagen stapelen, elk ontworpen om bepaalde delen van het spectrum te absorberen, om een ​​efficiëntie van meer dan 30 procent te bereiken.

Volgende, de onderzoekers ontwerpen afdrukken om rode en blauwe zonnecellen te maken. Als ze deze drie kleuren eenmaal onder de knie hebben, de primaire kleuren van het licht, ze kunnen elke kleur maken, mogelijk zelfs wit. "Je moet verschillende nanodeeltjes combineren, en als ze heel dicht bij elkaar komen, kunnen ze met elkaar omgaan en dat heeft invloed op de kleur, Polman zei. "Naar wit gaan is echt een grote stap."