Zonnecel met een hoog rendement

Voor de zonnecelmakers van de Radboud Universiteit Nijmegen kan 2009 al niet meer stuk. Ze hebben de afgelopen week twee wereldrecords in de wacht gesleept. Hun nieuwste zonnecellen zijn in staat om meer dan een kwart van de zonne-energie om te zetten in elektriciteit.
De zonnecel-groep van het Institute for Molecules and Materials (IMM) experimenteert met twee varianten van zonnecellen, beide gebaseerd op GalliumArsenide. De ‘klassieke’
GaAs-cel bestaat uit een dikke laag van dit kristal; daarnaast wordt er gewerkt aan cellen gebaseerd op flinterdunne laagjes GaAs. Die laatste variant is extra interessant omdat
GalliumArsenide nogal prijzig is: veel duurder dan de grondstof die voor de meeste zonnecellen wordt gebruikt, silicium. Maar siliciumcellen zetten slechts 15 procent van het zonlicht
om in elektriciteit, terwijl het rendement van GaAs-cellen een stuk hoger ligt. Vandaar dat GaAs-cellen tot voor kort vrijwel uitsluitend werden gebruikt in de ruimtevaart, waar kosten
geen grote rol spelen, terwijl gewicht en efficiency juist van groot belang zijn. De Nijmeegse onderzoekers willen de GaAs-cellen ook op aarde inzetten.
Daarvoor moet de efficiency nog verder omhoog – en dat kan. Flinterdun en spijkerhard
Afgelopen zomer haalde de zonnecelgroep een nieuw record van 26,1 procent, voor zowel de klassieke als de flinterdunne GaAs-cel. Beide records zijn spijkerhard: ze zijn inmiddels
bevestigd door het vooraanstaande Fraunhofer Institut en verschenen in de Solar Cell Efficiency Tables, het officiële ‘Guinness Book’ voor zonnecelmakers. De onderzoekers hebben hun doorbraak naar eigen zeggen te danken aan het feit dat ze de kristallisatie van GalliumArsenide
volledig in de vingers hebben. Het is de kunst bij het ‘bakken’ van het kristal zo min mogelijk kristalfouten te maken. Hoe minder fouten, hoe hoger de efficiency. En hoe hoger de efficiency,
hoe meer GaAs kan concurreren met het goedkopere silicium.
Het meeste GaAs is ook helemaal niet nodig voor de zonnecel zelf, het gaat zitten in de wafer, de ‘bodemplaat’ waarop die eigenlijke zonnecel ‘groeit’ en vastzit. De Nijmegenaren
hebben een techniek ontwikkeld om die zeer dunne GaAs-films los te maken van de wafer en over te brengen op een glazen of plastic ondergrond.
Daarmee kunnen de cellen al tientallen malen goedkoper worden. De films mogen niet te dun worden, want dan schiet te veel van het zonlicht er doorheen. Maar ook daar hebben ze iets op gevonden: een laagje goud aan de onderkant. Dat kaatst het doorschietende zonlicht terug door de cel, waardoor het alsnog in stroom kan worden omgezet.
Een van de onderzoekers, Gerard Bauhuis, ziet nog veel meer mogelijkheden:
‘Je kunt het zonlicht nóg beter benutten door verschillende halfgeleidende kristallen, die elk een bepaald deel van het licht omzetten in elektriciteit, op elkaar te laten groeien.
Dat kan vanwege de kristaleigenschappen heel goed op GaAs-wafers.
We zijn nu bezig met een stapeling van twee materialen en willen dit uitbreiden naar drie.’ Ook interessant is de mogelijkheid om zoveel mogelijk zonlicht op relatief bescheiden zonnecellen
te concentreren. Bauhuis: ‘Denk aan heel grote installaties zoals die nu in Spanje en Cyprus staan. Maar we testen nu ook een kleine concentrator voor op particuliere daken op deze breedtegraad.’