Zeer hoge rendement zonnecel was meetfout

Ruim een jaar geleden beweerden onderzoekers van het Instituut voor Halfgeleiders in Peking een zonnecel te hebben gemaakt die met een rendement van 35 procent zonlicht omzette in electriciteit. Dit was een grote verrassing, aangezien de best zonnecel een rendement van slecht 25 procent heeft (en commerciele zonnecellen ronde de 10 procent liggen). De bekendmaking werd dan ook met de nodige skepsis ontvangen.

De meeste zonnecellen bestaan uit een schijfje silicium met een zogeheten p-n-overgang. Dat wil zeggen dat het bovenste laagje van het materiaal een gering tekort aan elektronen heeft (dus iets meer positief is) en het onderste laagje een geringe overmaat (dus iets meer negatief is). Zonlicht dat op het silicium valt maakt uit het atoomrooster van dit materiaal elektronen vrij, die naar het positieve deel bewegen en zo een zwakke elektrische stroom genereren.

De chinezen hadden hun zonnecel voorzien van een speciale anti- reflectielaag, die voorkomt dat het zonlicht wordt teruggekaatst alvorens de kans krijgt in het silicium door te dringen. Het belangrijkste was echter dat vlak boven de p-n-overgang en dun laagje waterstofkernen was 'geimplanteerd'. Dit laagje zou tot gevolg hebben dat met name het effect van de infrarode straling van het zonlicht wordt versterkt.

Antonio Luque, van het Instituut voor Zonneenergie in Madrid, heeft er echter op gewezen dat de spanning (0,62 volt) en stroomsterkte (69,1 milli-ampere per vierkante centimeter) die de Chinese onderzoekers opgeven niet met elkaar te rijmen zijn. Met behulp an modellen die de processen in een zonnecel beschrijven laat hij zien dat in dat geval de tweede hoofdwet van de thermodynamica niet meer zou gelden.

Een groep van Belgische, Duitse en Franse onderzoekers zet vraagtekens bij de hoge waarde van de stroomsterkte die de cel zou leveren. Die waarde zou alleen haalbaar zijn als ieder foton van het zonlicht in de cel doordringt en daar ook een elektron weet vrij te maken, wat in de praktijk onmogelijk haalbaar is.

Soortgelijke kritiek komt van de Mexicaan Arturo Morales-Acevedo. De Chinese onderzoekers zouden gebruik hebben gemaakt van een niet geijkte lichtbron, of zouden het belichte oppervlak van de zonnecel niet goed hebben berekend (Physik in unserer Zeit 24, p. 259).

In hun reactie geven de Chinese onderzoekers de mogelijkheid van meetfouten toe. Zij verontschuldigen zich er voor 'dat het onderzoek niet perfect werd uitgevoerd'. Toch blijven zij verdedigen dat door het implanteren van een laagje met 'defecten' het rendement van een zonnecel kan worden verhoogd.