Onderzoeksinstituut Amolf in Amsterdam heeft de eerste stappen gezet op weg naar een belangrijke ontdekking, die ervoor moet zorgen dat zonnepanelen veel efficiënter worden. Zonnecellen die zeventig procent van het invallende zonlicht omzetten in elektriciteit. Niets minder dan dat, en nog binnen afzienbare tijd ook, voorzien wetenschappers uit Nederland en de VS.

De opbrengst is revolutionair groter dan bij de gangbare zonnepanelen, die hooguit een rendement van zestien procent halen. In de toekomst gaan zonnepanelen dus bijna vier keer zoveel energie opleveren dan nu het geval is. Directeur Polman van het instituut verwacht dat de cellen binnen enkele jaren te koop zijn.

Reflectie is een natuurlijk verschijnsel dat zich voordoet wanneer licht invalt op het grensvlak tussen twee materialen. Zo weerspiegelt de zon in een glazen raam omdat zo’n vijf tot tien procent van het licht aan het grensvlak tussen glas en lucht wordt teruggekaatst. Een silicium plak reflecteert zelfs veertig procent van het licht.

Voor zonnecellen is dat niet handig, want al dat licht kan niet omgezet worden in elektriciteit. Een ideale zonnecel reflecteert niets en is helemaal zwart. Dat de meeste zonnepanelen een blauwe kleur hebben betekent dus dat ze niet optimaal functioneren.

Licht vangen door verstrooiing
Er is nu een oplossing voor dit probleem, die op het eerste gezicht heel tegennatuurlijk lijkt. De onderzoekers ontdekten dat als ze de zonnecel bedekken met verstrooiende nanodeeltjes, de silicium plak helemaal zwart wordt. De verrassing is dat het verstrooide licht voor 99 procent de silicium plak in verdwijnt. Slechts één procent van het licht kaatst terug.

Prof.dr. Albert Polman, de leider van het onderzoeksteam: “Deze nieuwe methode maakt het mogelijk om perfect absorberende zonnecellen te maken. En het werkt niet alleen voor silicium, maar voor alle sterk reflecterende materialen. De stempeltechniek kan eenvoudig als een roll-to-roll proces in een standaard productieproces worden ingepast.

Wat ik vooral interessant vind is de totale verrassing; wie had nou gedacht dat je juist door licht te verstrooien het goed kunt controleren. Verstrooien brengen we meestal in verband met wanorde, maar nu leidt het juist tot uitzonderlijke controle over licht.”.

In het wetenschappelijk tijdschrift Nature maken Amolf-directeur Albert Polman en zijn Amerikaanse collega bij Caltech Harry Atwater duidelijk hoe je met een aantal slimme technieken het rendement van zonnecellen kunt opschroeven naar maar liefst 70 procent. Op de site van Amolf is een samenvatting van het artikel daarover te vinden.

Een van de verbeteringen heeft Polman samen met onderzoekers van Philips Research ontwikkeld. Met behulp van nanodeeltjes weten zij de hoeveelheid licht die zonnepanelen weerkaatsen terug te brengen van 40 naar 1 procent. Een ander deel van de efficiency-verbetering moet komen van het benutten van meer kleuren in het zonlicht.