Nanocoating vangt bijna alle licht op en verhoogt rendement van zonnecellen

Zonnecellen met een nieuwe coating uit zeven lagen absorberen nagenoeg alle licht. Het is de eerste coating die het hele zonlichtspectrum vanuit alle invalshoeken opvangt. De nanocoating reflecteert (gemiddeld over alle hoeken en golflengten) krap 4 procent van het invallende zonlicht. Een normale, onbehandelde silicium zonnecel kaatst 32 procent van het zonlicht terug. Een zonnecel met de nanocoating kan zo ruim 40 procent meer rendement halen dan een onbehandelde silicium zonnecel (Optics Letters, november).

Onderzoekers van het Amerikaanse Rensselaer Polytechnic Institute ontwikkelden de ingenieuze nanocoating uit zeven lagen, afwisselend van silicium- en titaniumoxide, met een dikte tussen 50 en 150 nanometer. De brekingsindex van de lagen neemt van buiten af met kleine stappen toe, van extreem laag tot vrij hoog. Dat is de manier om de lichtreflectie tussen twee aanpalende media laag te houden. Hoe groter de ‘sprong’ in brekingsindex, hoe meer licht er wordt teruggekaatst.

De nanocoating zorgt ervoor dat het inkomende zonlicht stapsgewijs het grote verschil in brekingsindex tussen lucht (1,00) en het siliciumsubstraat van de zonnecel (hier ongeveer 2,60) kan overbruggen. Vooral lichtdoorlatende, dunne-filmmaterialen met een brekingsindex tussen die van lucht (1,00) en glas (1,45) waren tot nu niet beschikbaar.

De onderzoekers gebruikten een door door hen zelf ontwikkelde techniek (Nature Photonics, maart 2007). Ze stapelden zeven lagen van ‘nanobalken’ (opgevulde nanobuisjes) zo dat ze precies loodrecht of parallel over elkaar heen kwamen te liggen. De dunne-filmmaterialen hadden brekingsindices tussen 1,09 (de laagste waarde) en 2,60 (de hoogste). De energie van de zon kan door de behandelde zonnecellen veel efficiënter worden benut. Eerdere, enkellagige coatings lieten alleen licht bij een welbepaalde golflengte goed door (de dikte van de coating moest dan precies een kwart van de golflengte zijn) en bij loodrechte lichtinval. Senne Starckx