NANOSTAAFJES IN PLASTIC FILM VORMEN ALTERNATIEVE ZONNECEL

Een dunne plastic film met daarin een fijn verdeeld netwerk van halfgeleiderdeeltjes kan een goedkoop en makkelijk te fabriceren alternatief betekenen voor de klassieke zonnecel op basis van silicium. De kracht van dit nieuwe ontwerp, dat werd ontwikkeld door chemici van de universiteit van Californië in Berkeley, is de combinatie van de anorganische halfgeleider cadmiumselenide in een organisch plastic. Veel van de tot nu toe ontwikkelde `goedkope' alternatieven voor zonnecellen zijn gebaseerd op organische halfgeleiders, zoals buckyballen of geleidende polymeren. Daarin kunnen de elektronen zich echter veel minder makkelijk voortbewegen dan in een anorganische halfgeleider, waardoor er veel zonne-energie verloren gaat. Een ander voordeel van het nu ontwikkelde concept is dat de eigenschappen van de halfgeleider kunnen worden aangepast door de grootte en vorm van de deeltjes te veranderen (Science, 29 maart).

Op dit moment wordt bijna alle zonnestroom opgewekt met behulp van kristallijn silicium. Grootschalige toepassing van silicium zonnecellen blijft tot nu toe uit vanwege de hoge kosten die de fabricage ervan (hoge temperaturen en vacuüm zijn vereist) met zich meebrengt. Een andere beperkende factor is de beschikbaarheid van het benodigde hoog-zuivere silicium: de zonnecel-industrie leeft van het afval van de chip-industrie. Daarom zoeken veel laboratoria naar alternatieven. Die berusten allemaal op halfgeleiders. Daarin kan een elektrische stroom worden opgewekt door zó veel energie toe te voeren aan dat er elektronen worden vrijgemaakt. Die moeten zo snel mogelijk naar een elektrode worden getransporteerd om aan de stroom te kunnen bijdragen. Dat gaat heel goed in een anorganische halfgeleider, maar daar staat tegenover dat die niet op een simpele en vooral goedkope manier tot een eindproduct te verwerken zijn.

Paul Alivisatos en zijn studenten hebben daar nu een oplossing voor gevonden. Zij creëerden voor de elektronen een halfgeleidend netwerk bestaande uit nanostaafjes van cadmiumselenide in een plastic film. De belangrijkste horde die ze daarvoor moesten nemen was het vinden van een geschikt oplosmiddel voor zowel de staafjes als het plastic. Door een druppel van die gemengde oplossing op een snel draaiende schijf te laten vallen, ontstaat een dun laagje vloeistof, dat snel verdampt, onder achterlating van een vlakke film met de opgeloste stoffen. Daarop hoefden alleen nog maar elektroden te worden aangebracht.

De zo gefabriceerde zonnecel had een efficiëntie van 7%, dat wil zeggen dat 7% van de energie van het opvallende (groene) licht werd omgezet in elektrische stroom. Dat is nog lang niet zo goed als voor silicium, maar de onderzoekers claimen dat het rendement nog kan worden verbeterd door te sleutelen aan de grootte en vorm van de nanostaafjes. Door bijvoorbeeld de diameter ervan te vergroten absorberen de deeltjes een groter deel van het zonnespectrum, waardoor minder licht verloren gaat.