Zonnestraling bestaat uit meer dan het licht dat we kunnen zien. Jammer genoeg kunnen zonnecellen niet veel doen met het onzichtbare deel dat circa 20% van het totale uitgestraalde spectrum bestrijkt. Een silicium zonnecel kan dit gedeelte van het spectrum niet omzetten in elektrische energie.

 

Onderzoekers van het Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg zijn er samen met collega's van de universiteit van Bern en de Heriot-Watt universiteit van Edinburgh (Schotland) nu voor het eerst in geslaagd om een deel van het infrarood-spectrum effectief te gebruiken bij een zonnecel met behulp van een zogenaamde up-converter. Dit is een systeem waarbij infrarood straling wordt omgezet in licht met een golflengte die zonnecellen wel kunnen verwerken. Deze methode, die al bekend is sinds de zestiger jaren, wordt pas sedert 1996 onderzocht voor gebruik in combinatie met zonnecellen. De onderzoekers hebben de zonnecellen en de up-converter zodanig aangepast dat er een aanzienlijke rendementstoename ontstaat. Tot nu toe bedraagt het rendement van silicium zonnecellen circa 30 procent, maar met behulp van een geschikte up-converter zou dit kunnen worden opgeschroefd tot 40 procent.

 

Hoe werkt nu zo'n up-converter? Wanneer zonnestraling op een zonnecel valt, dan absorbeert deze het zichtbare en bijna-infrarood licht. Het infrarode gedeelte wordt niet geabsorbeerd, het valt door de zonnecel heen. Aan de achterzijde van de cel valt deze straling op de up-converter. Zo'n converter bestaat normaal uit een laag microkristallijn poeder van sodium-yttrium-fluoride dat in een polymeer is ondergebracht. Een deel van het yttrium is door de onderzoekers vervangen door het element erbium. Het IR-licht stoot de erbium-ionen aan, waardoor deze naar een hoger energieniveau worden verplaatst. Hoe meer licht op een ion valt, hoe groter de energietoename. Op een bepaald moment heeft een ion zoveel energie geabsorbeerd dat het weer terugvalt naar een lager energieniveau en daarbij zendt het een hoeveelheid licht uit met een energie die evenredig is met de geabsorbeerde hoeveelheid. Dit licht kan door de zonnecel wel effectief worden gebruikt.

 

Om de zonnecellen geschikt te maken voor deze methode moesten de onderzoekers de opgedampte metaallaag aan de achterzijde (waardoor de geproduceerde stroom loopt) vervangen door metaalroosters aan de voor- en achterzijde, zodat er genoeg ruimte is voor het IR-licht om de up-converter aan de achterzijde te bereiken. Verder werden speciale anti-reflectie-coatings toegepast om reflecties aan de voor- en achterzijde van de cel zoveel mogelijk te vermijden.