Recordopbrengst met
plastic zonnecellen

Daarmee hebben ze een wereldrecord gevestigd, maakte de Rijksuniversiteit Groningen vorige week bekend. Een rendement van 0,8 procent is gangbaar voor dit type zonnecellen. Het percentage geeft de mate aan waarin zonnecellen het invallende licht omzetten in elektrische energie.

Projectleider prof. dr. J. C. Hummelen uit Groningen verwacht dat verdere verbetering mogelijk is. Het team heeft nu de beschikking over verschillende nieuwe materialen, die het huidige record nog scherper kunnen zetten. Zijn vijfjarige project, met een budget van 9,1 miljoen gulden, loopt inmiddels twee jaar. „We zijn nu twee jaar bezig met een onderzoeksproject dat beoogt het rendement in vijf jaar op te schroeven van zo'n 0,8 naar 5 procent”, zegt Hummelen. „We zitten dus op schema.”

'Gewone' zonnecellen zijn gemaakt van silicium. Die hebben een veel hoger rendement dan plastic cellen, gemiddeld tussen de 10 en 20 procent meer. De productie ervan is echter duur, terwijl plastic zonnecellen eenvoudig en goedkoop te maken zijn. Ze rollen bij wijze van spreken van de lopende band, als een soort zonnefolie. Een andere toepassing die Hummelen noemt, is powerpaint: een lichtabsorberende en elektriciteitsproducerende verf. „Als je die verf voor auto's zou gebruiken, kun je daar bijvoorbeeld je audio-installatie op laten draaien.” Het materiaal is zelfs toepasbaar in kleding. De plastic zonnecel is –in tegenstelling tot de zwarte siliciumcellen– in allerlei kleuren te produceren, al neemt het rendement daardoor soms weer af.

Spaghetti
De onderzoekers concluderen dat de stap naar 2,5 procent laat zien dat de plastic-zonneceltechnologie goed kan werken voor toekomstige energiewinning. Hummelen: „Je ziet nu ook dat andere onderzoeksgroepen zich op dit onderwerp storten. De race om de plastic zonnecel is nu pas echt begonnen.”

Plastic zonnecellen bestaan uit een composietmateriaal, een mengsel van elektronendonoren en -acceptoren, die met elkaar vervlochten worden. De donoren zijn ingewikkelde polymeren; de acceptoren zijn zogenaamde C60-buckyballen, voetbalvormige moleculen met zestig koolstofatomen. Hummelen: „Je moet denken aan spaghetti met ballen.”

Hoe goed de zonnecel werkt, is afhankelijk van de menging van de twee componenten. Zowel het polymeer als de buckyballen moeten kanalen vormen die lading van de ene naar de andere kant van de cel kunnen vervoeren. Negatieve lading loopt via de buckyballen naar een aluminium elektrode aan de onderkant van de cel, positieve lading via het polymeer-netwerk naar een transparante elektrode aan de bovenkant.

„Die kanalen waren eerst slingerende bospaden, waarvan er veel doodliepen”, zegt Hummelen. „Met een nieuw oplosmiddel, chloorbenzeen in plaats van tolueen, is er een veel fijnmaziger netwerk van gemaakt, met een betere pakking.” Die aanpassing moet de interne geleiding van de zonnecel verbeteren.

Een tweede verbetering is het aanbrengen van een zeer dun laagje van het isolerende lithiumfluoride (LiF) onder de aluminium elektrode. De werking ervan is moeilijker te verklaren. Hummelen: „Het is een truc die uit de LED-technologie afkomstig is. Niemand kent nog precies de ware werking. Het is een laag van 0,6 nanometer (duizendste millimeter) dik, dat wil zeggen enkele atomen. Dat is zo dun, dat het wel net een gesloten tussenlaagje vormt, maar dat de stroom er toch gewoon doorheen kan 'tunnelen'. Dat het beter werkt, zit mogelijk in het voorkomen van chemische interacties tussen elektrode en de buckyballen. Er wordt, zoals dat heet, een beter ohmisch contact verkregen.”