Een nieuwe methode om speciale zonnecellen te construeren zou hun efficiëntie aanzienlijk kunnen verhogen. Niet alleen zijn de cellen opgebouwd uit dunne lagen, ze bestaan ​​ook uit specifiek gerangschikte nanoblokken. Dat blijkt uit een nieuwe studie van een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), die werd gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nano-letters .

In de handel verkrijgbare zonnecellen zijn meestal gemaakt van silicium. "Op basis van de eigenschappen van silicium is het niet haalbaar om te zeggen dat hun efficiëntie voor onbepaalde tijd kan worden verhoogd, " zegt Dr. Akash Bhatnagar, een fysicus van het Center for Innovation Competence (ZIK) "SiLi-nano" bij MLU. Zijn onderzoeksteam bestudeert daarom het zogenaamde afwijkende fotovoltaïsche effect dat in bepaalde materialen optreedt. Het afwijkende fotovoltaïsche effect vereist geen pn-overgang die anders de stroom in siliciumzonnecellen mogelijk maakt. De richting van de stroom wordt op atomair niveau bepaald door de asymmetrische kristalstructuur van de overeenkomstige materialen. Deze materialen zijn meestal oxiden, die enkele cruciale voordelen hebben:ze zijn gemakkelijker te vervaardigen en aanzienlijk duurzamer. Echter, ze nemen vaak niet veel zonlicht op en hebben een zeer hoge elektrische weerstand. "Om deze materialen en hun effect te gebruiken, creatieve celarchitecturen nodig zijn die de voordelen versterken en de nadelen compenseren, " legt Lutz Mühlenbein uit, hoofdauteur van de studie.

In hun nieuwe studie introduceerden de natuurkundigen een nieuwe celarchitectuur, een zogenaamd nanocomposiet. Ze werden ondersteund door teams van de Bergakademie Freiberg, het Leibniz Institute of Surface Modification in Leipzig en de Banaras Hindu University in India. In hun experiment hebben de onderzoekers stapelden enkele lagen van een typisch materiaal van slechts enkele nanometers dik op elkaar en compenseerden ze met loodrecht lopende nikkeloxidestrips. "De strips fungeren als een snelle weg voor de elektronen die worden gegenereerd wanneer zonlicht wordt omgezet in elektriciteit en die bedoeld zijn om de elektrode in de zonnecel te bereiken, " legt Bhatnagar uit. Dit is precies het transport dat anders zou worden belemmerd door de elektronen die elke afzonderlijke horizontale laag moeten doorkruisen.

De nieuwe architectuur verhoogde de elektrische output van de cel zelfs met een factor vijf. Een ander voordeel van de nieuwe methode is dat deze zeer eenvoudig te implementeren is. "Het materiaal vormt op zichzelf deze gewenste structuur. Er zijn geen extreme externe omstandigheden nodig om het in deze staat te dwingen, " zegt Mühlenbein. Het idee, waarvoor de onderzoekers nu een eerste haalbaarheidsstudie hebben geleverd, kan ook worden toegepast op andere materialen dan nikkeloxide. Vervolgonderzoek moet nu onderzoeken of en hoe dergelijke zonnecellen op industriële schaal kunnen worden geproduceerd.