De drie verschillende lagen zijn de sleutel tot de hoge efficientie. Een basic uitleg van de werking van zonnecellen:
De materialen (InGaP, GaAs, InGaAs) zijn halfgeleiders met een bepaalde band-gap. De band-gap is een energiebarriere, als een electron in die halfgeleider over die energiebarriere getild wordt, kan die energie gewonnen worden in de vorm van electriciteit (de exacte mechanica even daargelaten, dit is natuurlijk een versimpelde weergave). Deze band-gap heeft echter een vaste waarde, en alleen fotonen (zichtbaar licht in dit geval) met een energie van die waarde of met meer energie, kunnen het electron in de halfgeleider exciteren.
Dat betekent dus dat fotonen met een te lage energie volledig nutteloos zijn - deze worden volledig niet benut (en ook niet gebruikt, aangezien een electron alleen in volledige stappen kan worden geschopt - m.a.w. je kunt hem niet tot halverwege de helling duwen). Fotonen met een energie precies gelijk aan de band-gap worden volledig benut door de zonnecel, en fotonen met een hogere energie worden slechts deels benut. Van deze hoog-energetische fotonen wordt de energie verminderd met de grootte van de band-gap. De rest van de energie kan niet worden omgezet in electriciteit, en gaat dus ook 'verloren'.
Nou heeft elke kleur licht fotonen met een bepaalde vaste energie, dus blauw licht heeft bijvoorbeeld meer energie dan rood licht, en zonlicht bevat alle kleuren. Daarom hebben normale fotovoltaische cellen zo'n slecht rendement; alle kleuren die minder energie hebben dan de band-gap, worden niet gebruikt. Alle kleuren die meer energie hebben dan de band-gap, worden slechts deels gebruikt.
De oplossing is in dit geval dus een cel met 3 lagen cellen met elk een andere band-gap; eentje voor hoog-energetisch licht, eentje voor midden-energetisch licht, en eentje voor laag-energetisch licht. Op deze manier wordt het gehele spectrum van het zonlicht (van blauw tot rood) beter benut. De fotonen die door de bovenste laag niet worden gebruikt, worden door een van de lagen eronder benut.
Optimaal heb je dus heel veel lagen die de kleuren licht waarvoor ze bedoeld zijn optimaal benutten, en alle andere kleuren met 100% transparantie doorlaten naar de andere lagen. Dit is echter een grote uitdaging, en dit soort 'tandemcellen' zijn ontzettend duur om te maken - veel te duur voor commerciele toepassingen.
[Reactie gewijzigd door Boxman op 30 juli 2024 05:36]