Vogelogen inspireren ontwikkeling van ultradunne zonnecellen

Onderzoekers van Amolf en meerdere internationale partners hebben een nanostructuur ontwikkeld die licht effectief vasthoudt in ultradunne siliciumlagen. De techniek maakt gebruik van een bijzonder patroon dat ook in de natuur voorkomt en kan bijdragen aan lichtere, flexibelere zonnepanelen.

Traditionele siliciumzonnecellen hebben relatief dikke lagen halfgeleidermateriaal nodig om voldoende zonlicht te absorberen. Wanneer de siliciumlaag dunner wordt, neemt de hoeveelheid opgevangen licht doorgaans af. Vooral licht met langere golflengten wordt dan minder goed geabsorbeerd. Onderzoekers van Amolf hebben samen met de UvA, Stanford University en de University of Southampton een methode ontwikkeld om dit probleem aan te pakken.

Door nanostructuren aan te brengen op het silicium kunnen ze het invallende licht langer in het materiaal vasthouden. Hierdoor wordt het mogelijk om zonnecelmaterialen te gebruiken die tot dertig keer dunner zijn dan conventionele varianten.

Inspiratie uit natuur

Zoals zo vaak, komt de inspiratie uit de natuur. De techniek is gebaseerd op hyperuniforme wanorde, een verschijnsel dat onder meer voorkomt in de verdeling van lichtgevoelige cellen in vogelogen. De onderzoekers benutten deze bijzondere ordening om licht in verschillende richtingen door het silicium te verspreiden. Daardoor legt het licht een langere weg af binnen de dunne laag en neemt de kans toe dat het wordt geabsorbeerd.

Voor het ontwerpen van de structuren gebruikten de wetenschappers een methode waarbij eerst wordt bepaald welk optisch gedrag gewenst is. Op deze manier ontwikkelden de onderzoekers nanostructuren die licht over een breed deel van het zonnespectrum kunnen vasthouden. Dat is belangrijk omdat zonnecellen zowel zichtbaar licht als nabij-infraroodlicht moeten benutten om zoveel mogelijk energie op te wekken.