Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

zonnecellen

Zonnecellen worden gemaakt door atomen met veel energie op een dun plaatje te laten vallen. Maar dit gaat erg langzaam, waardoor het maken van zonnecellen een kostbare aangelegenheid wordt. Maar nu heeft de TU Delft een manier gevonden om het productieproces tien keer sneller te maken.

Onderzoekers van de TU Delft hebben een manier gevonden om goedkopere zonnecellen te maken. Met deze nieuwe methode duurt het maken van een zonnecel tien keer zo kort, waardoor er dus meer cellen in dezelfde tijd kunnen worden gemaakt. Michael Wank promoveert vandaag op zijn ontdekkingen over van amorf silicium gemaakte zonnecellen.

Drie soorten zonnecellen
Zonnecellen worden meestal van silicium gemaakt. Silicium heeft als voordeel dat het goedkoop is en makkelijk in bulk te verwerken is. Het nadeel van silicium is het lage rendement dat het over het algemeen oplevert in zonnecellen.

Silicium kan op verschillende manieren voorkomen in zonnecellen. Het verschil zit hem hierbij in de structuur van de atomen op de cel, die effect hebben op de prijs en de efficiëntie van de zonnecel. Bij de kristallijne structuur liggen alle atomen op de hele cel netjes naast elkaar in een keurig grid. Hierdoor kan stroom goed door de cel heen. Deze cellen hebben dan ook een (relatief) hoog rendement. Nadeel: ze zijn heel erg duur om te maken. De polykristallijne cellen zijn wat goedkoper, maar ook minder goed. Hierin zijn kleine blokjes van de cel telkens netjes gerangschikt, maar de blokjes liggen onderling niet netjes bij elkaar.

Het amorfe silicium, de derde soort, heeft alle atomen slordig door elkaar liggen. Deze vorm van silicium is het goedkoopst, maar maakt ook de slechtste cellen. Een voordeel van amorfe zonnecellen is wel dat ze buigbaar zijn, waardoor ze bijvoorbeeld geïntegreerd kunnen worden in gebouwen. Bij kristallijne cellen moeten de bekende grote ‘plakken’ los op het dak gemonteerd worden.

Om een (amorfe) zonnecel te produceren wordt silaangas in een machine gepompt. De machine zorgt ervoor dat het gas als silicium neerslaat op een plaatje, en op deze manier wordt er laagje voor laagje een zonnecel gevormd. Dit proces heet chemische dampdepositie. Maar dit gaat erg langzaam: ongeveer 0.1 nanometer per seconde. Aangezien zonnecellen ongeveer 250 nanometer dik zijn, duurt het wel veertig minuten om één zonnecel te maken.

Plasma en ionen
Maar er bestaat een manier om het proces sneller te laten verlopen. De promotor van Wank, Dr. Miro Zeman legt uit over de methode: ‘Wanneer er tijdens het proces in de machine plasma wordt toegevoegd verloopt het proces veel sneller. Alleen, als het silicium op het plaatje ligt, moet het nog een energie-boost krijgen om zich netjes te schikken, zodat het goed energie kan geleiden.’ Bij andere cellen en chips komt deze energie van warmte: de chip wordt verwarmd, de atomen op de chip gaan bewegen en komen in een net patroon te liggen. ‘Maar zonnecellen kunnen niet zo verhit worden: dan zouden ze stukgaan.’ Wat Wank nu heeft ontdekt is dat in plaats van verhitting ook een stroom ionen gebruikt kan worden om het silicium te bewerken. Door dit ion-shot krijgen de atomen zo'n knal dat ze zich rangschikken, zonder verhitting van de zonnecel.

Tien keer sneller
De resultaten van de nieuwe methode van Wank liegen er niet om: zonnecellen kunnen zo wel tien keer sneller worden geproduceerd, met 1 nanometer per seconde. Hiermee kan de productie van deze zonnecellen dus goedkoper worden, zonder dat de kwaliteit afneemt; de snelle zonnecellen hebben net als de huidige een rendement van rond de zeven procent. Zeman,denkt dat we misschien al over 2 jaar deze cellen op de markt zullen zien. 'Er zijn in ieder geval al bedrijven die op industriële schaal de machines maken, die nodig zijn voor de productie van de cellen. Er is dus duidelijk interesse in deze nieuwe techniek.'