Goedkope materialen en nieuwe technieken

Een belangrijke reden voor de hoge kostprijs van zonnecellen is de benodigde hoge zuiverheid van de halfgeleidende materialen om de ladingen die ontstaan door het zonlicht goed te kunnen scheiden. Aan de TU Delft is aangetoond dat wanneer de actieve gebieden in de zonnecel uit zeer kleine deeltjes worden gemaakt (nanocomposieten) die ladingsscheiding sneller tot stand komt, waarmee het in de toekomst mogelijk wordt goedkopere materialen (als titaniumoxide – TiO₂, een bestanddeel van tandpasta en latex)) van een lagere zuiverheid  toe te passen. Ook wordt nanostructurering onderzocht om het rendement van silicium gebaseerde dunnelaag zonnecellen te verhogen.

Dunne film silicium zonnecellen zijn aanmerkelijk milieuvriendelijker en goedkoper dan de gangbare kristallijnen zonnecellen. Omdat deze cellen heel dun zijn, de dikte van de silicium laag is ongeveer 200 tot 300 keer dunner dan de dikte van het kristallijn silicium van de eerste generatie zonnecellen, en bij lage temperatuur worden geproduceerd, is de verwachting dat bij grootschalige productie deze zonnecellen goedkoper worden dan de kristallijn silicium zonnecellen. Ze zullen in de komende jaren een belangrijk marktaandeel verwerven. De TU Delft onderzoekt mogelijkheden om de productietechniek van de dunne films te verbeteren en te versnellen (met de zogenoemde chemical vapour deposition (CVD) techniek) en daarbij tegelijkertijd het omzettingsrendement te verhogen. Hierbij wordt nauw samen gewerkt met de industrie (Helianthos bv van Nuon), en andere onderzoeksinstituten (Universiteit van Utrecht, Technische Universiteit Eindhoven, ECN, TNO-TPD). Deze samenwerking heeft ondermeer geresulteerd in een nieuw, veelbelovend productieproces dat binnenkort door Nuon in gebruik zal worden genomen. De TU Delft beschikt over geavanceerde infrastructuur om dunne film silicium proefcellen te fabriceren en te karakteriseren.

Lichtabsorptie waarbij vrije ladingen worden geproduceerd is de eerste stap in het elektriciteitspro-ductieproces in de zonnecel. In principe zijn hier geen dure materialen voor nodig. Organische materialen (plastics) staan hiervoor volop in de belangstelling. In een aantal gevallen worden deze materialen gecombineerd met metaaloxides als titaniumoxide om tot efficiënte ladingsscheiding te komen. Met fundamenteel onderzoek wordt getracht de relatie tussen materiaalsamenstelling en vrije ladingsvorming ten gevolge van lichtabsorptie op te helderen. Voorbeelden van de onderzochte materialen zijn geconjugeerde polymeren, PCBM en porfyrines.