Nederlandse uitvinding zorgt voor zeer hoog rendement

AMOLF onderzoekers hebben samen met collega's bij Philips Research een nieuw type anti-reflecterende coating ontwikkeld.

Met behulp van een reeks silicium nanodeeltjes wordt de reflectie van een siliciumplak verlaagd van 40% tot 1%. Doordat er minder licht wordt weerkaatst zorgt deze coating voor een aanzienlijke verhoging van de efficiëntie van zonnecellen. De nieuwe anti-reflectie coating kan ook worden toegepast in coatings voor lenzen, camera's en fotodetectoren. Het werk is gepubliceerd op 21 februari in het tijdschrift Nature Communications.

amolf

Reflectie is een natuurlijk fenomeen dat optreedt wanneer het licht het grensvlak passeert tussen twee verschillende materialen. Bijvoorbeeld bij een raam wordt 5-10% van het zonlicht op het grensvlak tussen glas en lucht gereflecteerd. Een silicium wafel, de grondstof voor zonnecellen, geeft zelfs 40% reflectie van het licht. Voor zonnecellen is dit een probleem, omdat het gereflecteerde licht niet wordt omgezet in elektriciteit. De ideale zonnecel heeft geen reflectie en is volledig zwart.

Het vangen van licht door verstrooiing
Nu is er een oplossing voor dit probleem, dat op het eerste gezicht heel onnatuurlijk lijkt. Gebleken is, dat wanneer de zonnecel is bedekt met een patroon van kleine silicium nanodeeltjes, de siliciumplak geheel zwart wordt. De verrassing is dat 99% van het licht verdwijnt in de silicium wafel en slechts 1% van het licht wordt weerkaatst.

Dit effect is zo sterk, omdat de grootte van de nanodeeltjes zo is gekozen dat precies een of meer golflengten van het licht exact passen binnen de nanodeeltjes. De deeltjes werken als kleine holtes die licht zeer efficiënt vangen, en vervolgens doorsturen naar het silicium substraat. Het licht wordt eerst gevangen in nano-holten, weerkaatst een aantal keer binnen de holte en verdwijnt vervolgens in het silicium. Door een juiste keuze van de geometrie van de nano-holten werkt dit principe gelijktijdig met alle kleuren van het licht van ultraviolet tot het infrarode spectrale gebied.

Afdrukken nanodeeltjes
Deze nieuwe ontdekking werd gedaan met behulp van een nieuwe techniek ontwikkeld bij Philips Research, dat het mogelijk maakt om zeer nauwkeurig nanodeeltjes te "stempelen" op een groot oppervlak. Normaal worden deze kleine structuren vervaardigd met behulp van dure cleanroom machines, maar met de nieuw ontwikkelde stempeltechniek, dat een rubber stempel gebruikt met het gewenste patroon, is het nu mogelijk om dit zonder cleanroom veel goedkoper te produceren. Albert Polman, de leider van het team: "Deze nieuwe methode maakt het mogelijk om zonnecellen te fabriceren die perfect absorberen En het werkt niet alleen voor silicium, maar voor alle sterk reflecterende materialen De stempel techniek kan eenvoudig worden geïntegreerd in een rol-to-roll productie proces. En wat het meest interessant is, is dat we nooit hadden gedacht dat door verstrooiing van licht je het beter onder controle kunt houden. "

Zie ook de uitzending van eenvandaag hier

Referenties
http://www.amolf.nl