Zonnecel met laagje aluminiumoxide is zeer efficiënt

Zonnepanelen op een appartementenblok in Londen dat geen koolstof uitstoot bij zijn energievoorziening. foto Bloomberg News Solar panels reflect the sunlight on a block of apartments, which are London's first zero-carbon flats, Tuesday July 31, 2007. Photographer: Suzanne Plunkett/Bloomberg News BLOOMBERG NEWS

Wetenschappers van de TU Eindhoven en het Duitse Fraunhofer Instituut hebben een zonnecel gemaakt die heel efficiënt is, omdat hij aan de bovenkant voorzien is van een flinterdun laagje aluminiumoxide. Het laagje voorkomt dat elektronen en corresponderende positieve ladingen (gaten) die door zonlicht ontstaan zijn, recombineren voordat ze stroom hebben opgewekt.

Bram Hoex, vorige week aan de TU Eindhoven gepromoveerd, heeft de zonnecel met een rendement van 23,2 procent afgelopen woensdag gepresenteerd op een conferentie in San Diego. De technologie is in potentie fantastisch, aldus zonnecelspecialist Wim Sinke van Energieonderzoek Centrum Nederland, nadat hij in San Diego voor commentaar is wakker gebeld. Sinke was niet direct bij het onderzoek betrokken.

Op termijn is het misschien mogelijk om met de Eindhovense technologie het wereldrecord te breken van 24,7 procent voor een silicium zonnecel, maar Sinke noemt dat totaal oninteressant. Voor hem telt niet het lab, maar de mogelijkheid om met de nieuwe technologie efficiëntere zonnecellen te maken in de fabriek.

Conventionele zonnecellen bestaan uit een plak silicium die is opgedeeld in twee delen die beide opzettelijk zijn vervuild (‘gedoteerd’) met andere atomen. Onderop ligt een dikke laag p-type silicium dat wordt gedoteerd met bijvoorbeeld borium, een element dat in de buitenste atoomschil makkelijk een elektron opneemt. Erbovenop ligt een dunne laag n-type silicium, gedoteerd met bijvoorbeeld fosfor dat in de buitenste atoomschil makkelijk een elektron loslaat. Als zonlicht de dikke, positief gedoteerde laag bereikt, dan worden elektronen (negatief) en gaten (positief) vrijgemaakt en vervolgens van elkaar gescheiden. Ze kunnen dan de overgang maken naar de elektrische contacten aan weerzijden van de cel. Op conventionele zonnecellen voorkomt een positief geladen laag siliciumnitride dat de gaten en de elektronen aan het oppervlak van de zonnecel weer snel recombineren, waardoor ze geen stroom kunnen leveren. De cel van Hoex werkt precies andersom, aldus medeonderzoeker Erwin Kessels, wegens een gebroken sleutelbeen niet aanwezig in San Diego. De dikke laag is in dit geval gemaakt van n-type silicium met een dunne laag silicium van het p-type daarbovenop. Recombinatie aan het oppervlak wordt voorkomen met een sterk negatief geladen laagje aluminiumoxide. Het opbrengen van deze laag van 30 nanometer gebeurt door atoomlaagdepositie met behulp van een plasma – Eindhovense expertise. Het verruilen van n-type en p-type silicium maakt de zonnecel volgens Kessels minder gevoelig voor verontreinigingen door bijvoorbeeld ijzer en dat is voor een robuuste productie een groot voordeel. Michiel van Nieuwstadt