Nieuwe stap naar betere nanozonnecel
“Wat we willen weten over een zonnecel is bijvoorbeeld hoeveel stroom er uit de zonnecel komt als je er rood of blauw licht op schijnt,” vertelt AMOLF-promovendus Sander Mann. “Iedere keer dat een onderzoeker zo’n meting deed bij de nanozonnecellen kwam er veel meer stroom uit dan volgens bestaande theorieën over zonnecellen mogelijk is.”
Lastig te onderzoeken
Er was tot op heden weinig bekend over de werking van zonnecellen gebaseerd op nanotechnologie. Deze zonnecellen gedragen zich volgens andere wetten dan de zonnecellen die nu op onze daken liggen, maar omdat ze zo klein zijn, zijn de gedragingen van nanozonnecellen ook lastig te onderzoeken.
Een nanozonnecel is zo klein dat de gebruikelijke meetapparatuur niet bruikbaar is. “Als een structuur zo klein wordt als de golflengte van licht, dan gaat het licht dat op de structuur valt zich op een heel andere manier gedragen”, legt Mann uit. “Wij zijn gewend dat licht zich als een bundel deeltjes gedraagt, maar op de nanoschaal gedraagt het zich als een golf.”
In vergelijking met reguliere zonnecellen kunnen nanozonnecellen door die eigenschap veel meer licht absorberen dan je zou verwachten op basis van hun afmetingen en krijgen ze een schaduw die groter is dan hun oppervlak. “Dat verklaart ook waarom er meer stroom uit zo’n zonnecel kan komen dan je zou verwachten,” zegt Mann.
Miljard zonnecellen op één postzegel
De onderzoekers hebben in hun artikel een theorie geformuleerd die de golfachtige natuur van het licht combineert met de bestaande theorieën over de werking van een zonnecel. Die theorie is vervolgens experimenteel getest op een zonnecel van een enkele nanodraad. Op één postzegel zouden bijna een miljard van deze zonnecellen passen.
Om van die enkele nanodraad de absorptie te kunnen meten, was een nieuwe techniek nodig. “Absorptiemetingen op nanostructuren lukten voorheen niet omdat die structuren niet alleen veel licht absorberen, ze verstrooien ook veel licht in bijna alle richtingen”, legt Mann uit.
“Met behulp van een zogenaamde ‘integrerende bol’ om de opstelling heen kunnen we nu ook dat verstrooide licht detecteren, en daardoor weten we precies hoeveel de nanozonnecel geabsorbeerd heeft.” Op basis van deze nieuwe informatie kan veel meer gezegd worden over de kwaliteit van de nanozonnecel, en ook over hoe hij in de toekomst verbeterd kan worden.
