DUNNE LAAG KLEURSTOF BIEDT UITZICHT OP GOEDKOPE ZONNECEL

Nog altijd wordt de meeste zonnestroom opgewekt met behulp van zonnecellen op basis van kristallijn silicium. Die leveren weliswaar een betrekkelijk hoog rendement van zo'n 15%, maar zijn relatief duur. Amerikaanse onderzoekers hebben een heel nieuw type ontwikkeld, gebaseerd op een dunne laag kleurstof – voor de absorptie van het zonlicht – op een metalen drager. Hoewel het rendement van de cel met veel minder dan 1% laag is, zien de ontwerpers mogelijkheden tot verbetering (Nature, 6 febr).

Het silicium in de klassieke zonnecel verenigt een aantal verschillende functies in zich: het absorbeert het zonlicht, zet de ingevangen fotonen om in elektrische lading (negatieve elektronen en positieve `gaten', de aanduiding voor een plek waar een elektron ontbreekt) en geleidt beide ladingsdragers naar de elektroden. Om dit alles zo goed mogelijk te kunnen uitvoeren, moet het silicium heel zuiver zijn. Meestal wordt daarom gebruik gemaakt van het `afval' dat ontstaat bij de vervaardiging van computerchips. Door de sterke groei van de zonnecelindustrie is de verwachting dat er rond 2005 wel eens een tekort aan silicium zou kunnen ontstaan.

In de zonnecel die ontwikkeld is door Eric McFarland en Jing Tang van de universiteit van Californië in Santa Barbara zijn de absorptie van licht en het transport van ladingsdragers gescheiden. Hun cel is opgebouwd als een sandwich van drie actieve lagen: bovenop een dunne laag kleurstofmoleculen, daaronder een dunne goudfilm, en daar weer onder de halfgeleider titaniumdioxide, een goedkoop pigment dat onder andere gebruikt wordt in witte verf. Elektronen die door absorptie van zonlicht in de laag kleurstof worden vrijgemaakt, schieten door de goudfilm heen naar het titaniumdioxide. De positieve gaten die de elektronen in de kleurstoflaag achterlaten worden opgevuld door elektronen afkomstig uit het goud. Dat is een groot voordeel ten opzichte van alternatieve cellen, waarin de elektronen moeten komen uit een laag vloeistof die om de cel heen zit en die door zijn geringe stabiliteit voor veel problemen zorgt.

Het meest verrassende aan de nu ontwikkelde cel is dat de elektronen voldoende snelheid houden om de goudfilm te passeren. De verwachting was dat ze door botsingen snel hun energie kwijt zouden raken. Desondanks is het rendement nog te laag voor praktische toepassingen. De auteurs denken dat het nog een stuk beter kan door bijvoorbeeld de weerspiegeling van het oppervlak te verminderen (waardoor nu nog veel licht verloren gaat) en een hogere concentratie kleurstof te nemen.