Wetenschappers van de Universiteit van Chicago en de U.S. Department of Energy (DOE). Hebben goedkope printbare zonnecellen een stap dichterbij gebracht.

Zonnepanelen kunnen in de toekomst voor een groot deel in de wereldbehoefte aan energie voorzien. Groot nadeel is dat de panelen veel kosten en het goedkoper is om energie op te wekken uit andere bronnen. Wetenschappers zijn daarom op zoek naar materialen en productiemethodes om zonnepanelen goedkoper te maken zonder dat ze hun efficiëntie verliezen. Doordat er verschillende soorten halfgeleiders gebruikt kunnen worden in een zonnepaneel zijn er veel verschillende soorten panelen met hun eigen voor en nadelen.

Om de techniek achter de ontdekking te begrijpen is het handig om meer over de werking van een zonnepaneel te weten. Simpel gezegd werkt een zonnepaneel als volgt:
-Zonlicht valt op de halfgeleider.

-Elektronen in het halfgeleidende materiaal worden aangeslagen. De energie van het zonlicht zorgt er als het ware voor dat elektronen worden weggeschoten van de atoomkernen. Dit is versimpeld te vergelijken met biljarten, waarbij de witte bal (zonlicht) een rode bal (elektron) wegschiet.

-Doordat het negatieve elektron is weggeschoten ontstaat er een positief ‘gat’. Dit gat trekt (andere)elektronen actief aan als een magneet. Dit principe vindt ook plaats bij materialen die niet in een zonnepaneel zitten, maar hier zal het elektron weer terugvallen in het ‘gat’.

-De halfgeleider is aan de ene kant positiever dan aan de andere. Dit zorgt ervoor dat aangeslagen negatieve elektronen naar de positieve kant bewegen. Daarnaast verplaatsen de positieve gaten zich in tegengestelde richting. Door beide uiteinden van het halfgeleidende materiaal te verbinden met een extern stroomcircuit kunnen de elektronen aan de positieve kant van het halfgeleidend materiaal zich via dit circuit verplaatsen naar de positieve ‘gaten’ aan de andere kant.

-De elektriciteit die wordt opgewekt door een zonnepaneel is niets anders dan de elektronen die door het externe circuit lopen.

De bekendste halfgeleider die gebruikt wordt voor zonnepanelen is silicium. De blauwe panelen die op daken te vinden zijn, zijn vaak gemaakt van dit metaal. Eerder berichtten we al over onderzoek naar zonnepanelen van organische polymeren, quantum dots, en amorf silicium zonnecellen. De printbare zonnecellen waar de Amerikanen onderzoek naar doen behoren tot de dunne laag zonnecellen.

Dunne laag zonnecellen maken gebruik van halfgeleidende materialen als indium selenide (InSe) of cadmium telluride (CdTe). Deze materialen zijn veel duurder en schadelijker voor het milieu dan silicium, maar aangezien je er veel minder van nodig hebt per oppervlakte zijn ze toch interessant. Er moet echter nog een hoop gebeuren voor deze zonnepanelen goed kunnen concurreren met andere soorten zonnepanelen. Een van de manieren zou bijvoorbeeld zijn om de zonnepanelen te ‘printen’. Door de panelen laagje voor laagje te printen kan de productie worden opgeschaald en de kosten worden verlaagd.

De Amerikaanse wetenschappers hebben een inkt ontwikkeld die in staat is de halfgeleider te printen. De inkt bestaat uit een oplossing van kleine bolletjes halfgeleider en een lijm die uithard op een temperatuur van 200 graden Celsius (wat een stuk lager is dan andere methodes om halfgeleiders aan te laten groeien). Met deze inkt wisten de wetenschappers een halfgeleider te produceren met een elektronische geleidbaarheid van 16 cm2/Vs. Daarmee scoort de inkt ruim keer tien beter dan andere soorten halfgeleidende inkt, maar is de geleidbaarheid nog steeds een factor negentig lager dan die van silicium zonnepanelen.

Bron: Physorg gebaseerd op het wetenschappelijke artikel uit Nature Nanotechnology