Onderzoekers van Stichting FOM, de TU Delft, Toyota Motor Europe en de universiteit van Californië hebben een nieuwe nanostructuur ontwikkeld waarmee ze het rendement van zonnecellen met ruim 10% kunnen verhogen. De structuur kan als een soort verf in lagen op de zonnecel worden aangebracht. Daardoor zullen de nieuwe zonnecellen niet alleen efficiënter zijn, maar zijn ze ook goedkoop.

 

Een conventionele zonnecel bevat een laag silicium. Wanneer zonlicht op deze laag valt, absorberen elektronen in het silicium de energie van de fotonen. Met deze energie springen de elektronen over een 'energiekloof', waardoor ze vrij kunnen bewegen: er gaat een stroom lopen. Het rendement is optimaal als de energie van het foton gelijk is aan de energiekloof. Zonlicht bevat echter veel fotonen met energieën die groter zijn dan de energiekloof. Dit energieoverschot gaat verloren als warmte. Enkele jaren geleden werd aangetoond dat het energieoverschot toch kan worden benut, omdat het in kleine bolletjes van een halfgeleidermateriaal (quantum dots) extra elektronen over de energiekloof laat springen. Dit wordt echter tegengewerkt door grote moleculen die verhinderen dat elektronen van een quantum dot naar de volgende overspringen.

 

In het nieuwe ontwerp zijn de grote moleculen vervangen door kleine moleculen, en is de lege ruimte tussen de quantum dots opgevuld met aluminiumoxide. Daardoor is er veel meer contact tussen de quantum dots, en kunnen de elektronen wel vrij bewegen en stroom opwekken.

 

De resultaten van het onderzoek werden op 23 augustus 2013 gepubliceerd in de online-editie van Nature Communications.