Goedkopere zonnecel bootst natuur na

Een promovenda van TU Delft heeft onderzoek gedaan naar een verbeterd goedkoop alternatief voor zonnecellen die van silicium gemaakt zijn. De efficiëntie van een zonnecel neemt toe door kleurstofmoleculen te rangschikken.

De afgelopen jaren is hard gewerkt aan de ontwikkeling en verbetering van zonnecellen, maar desondanks worden ze nog relatief weinig gebruikt. Een van de redenen hiervoor is de hoge kostprijs, omdat het basismateriaal silicium erg duur is om te maken. Om dit probleem op te lossen is de laatste jaren veel onderzoek gedaan naar siliciumalternatieven voor zonnecellen.

Voor inspiratie wordt hiervoor gekeken naar de natuur. Planten zijn in staat om opgenomen zonne-energie over een afstand van 15–20 nanometer te transporteren waar deze wordt omgezet in chemische energie. Voor dat doel zijn de chlorofylmoleculen in de bladeren van de plant optimaal gerangschikt. In haar promotieonderzoek heeft Annemarie Huijser, promovenda aan TU Delft, gepoogd dit proces na te bootsen in zonnecellen.

Ze richtte zich specifiek op de dye-sensitized, oftewel kleurstofgesensibiliseerde, zonnecel. Deze bestaat uit een halfgeleider, bijvoorbeeld titaandioxide, die is bedekt met een laagje kleurstof. Deze kleurstof absorbeert energie uit het zonlicht, zodat excitonen ontstaan. Die energiepakketten bewegen naar de halfgeleider en als ze daar zijn aangekomen zorgen ze voor energie.

In het onderzoek heeft Huijser specifiek gekeken naar de optimale rangschikking van de kleurstofmoleculen: "Je kunt de kleurstofmoleculen vergelijken met legoblokjes. Ik varieer de stapeling van de blokjes en bekijk hoe dit het excitontransport door de zonnecel beïnvloedt." Huijsers onderzoek heeft ertoe geleid dat de afstand die de excitonen kunnen afleggen is vertwintigvoudigd naar 20 nanometer, waardoor de efficiëntie van de zonnecel sterk is toegenomen.

Om de dye-sensitized zonnecellen echt commercieel interessant te maken, moet de beweeglijkheid van de excitonen nog eens drie keer zo groot worden. Dat is echter goed mogelijk, aldus Huijsers die op 25 maart promoveert. "Daarna staat niets de verdere ontwikkeling van dit type zonnecel in de weg."