Koolstofzonnecellen zijn gemaakt van enkelwandige koolstof nanobuisjes. Dat zijn opgerolde velletjes grafeen van 1 koolstofatoom dik. Ze lijken op een rol kippengaas. Nanobuisjes geleiden elektriciteit of warmte en zijn extreem sterk. En ze vangen het infrarood uit zonlicht op, iets dat dunne filmzonnecellen nog niet kunnen. Het goedkope koolstof heeft daarmee een potentieel waardevolle commerciële toepassing.
Er is één terugkerende hindernis: de efficiëntie. Van bestaande zonnecellen bleef die altijd ongeveer een procent. Jarenlang onderzoek bracht daar geen verbetering in en de nanobuisjes verdwenen naar de achtergrond.
Mix van nanobuisjes
Een groep onderzoekers van de McCormick School of Engineering is met een nieuwe ontdekking een stapje verder. Hun versie haalt een efficiëntie van ruim 3 procent. Nog steeds niet wereldschokkend, maar wel een ruime verdubbeling van eerdere resultaten. Bovendien is de prestatie van de zonnecel voor het eerst gecontroleerd en erkend door het Amerikaanse National Renewable Energy Laboratory. Een teken dat er geen sprake is van een eenmalige gelukstreffer.
Het team van hoofdonderzoeker Mark Hersam bestudeerde de diameter en de draaiing, de zogeheten chiraliteits-index, van verschillende buisjes. Die index legt de eigenschappen van koolstof nanobuisjes vast. Daarna stelden ze een mix samen van verschillende typen met elk een iets andere chiraliteit, en daarmee iets andere halfgeleidereigenschappen, legt hoogleraar biofysica en nanowetenschapper Cees Dekker van de TU Delft uit. Die samenstelling nam een breder spectrum op uit het zonlicht, vooral uit het nabij-infrarood, en zette dat efficiënter om in elektriciteit.
Lagen
Een laagje koolstof kan op honderden verschillende manieren worden opgerold. Toch kozen onderzoekers in het verleden steeds één type koolstof nanobuisje met de beste halfgeleidende eigenschappen en bouwden daarvan een zonnecel. Volgens Hersam is dat achteraf gezien de verkeerde aanpak. 'Zo'n zonnecel vangt maar een beperkt deel van het spectrum op. In feite gooi je het meeste licht weg', zegt hij.
De volgens stap is om een zonnecel te maken die uit meerdere lagen bestaat, met elk een eigen specialisatie. In theorie kan die meer licht absorberen en beter omzetten in elektriciteit. Toch blijft Hersam realistisch. De technologie is een stap verder, maar commerciële toepassing is nog ver weg. De efficiëntie moet zeker nog met een factor drie tot vijf omhoog.
Bron:McCormick School of Engineering, KennisLink| Foto: Michael Ströck, via Wikipedia
