Onderzoekers van de afdeling ChemE en het Kavli Instituut van de TU Delft hebben aangetoond dat elektronen zich in lagen van gekoppelde halfgeleider nanodeeltjes vrij kunnen bewegen onder invloed van licht. Deze nieuwe kennis is zeer bruikbaar voor de ontwikkeling van goedkope en efficiënte kwantum dot zonnecellen. De onderzoekers publiceerden op zondag 25 september 2011 over hun bevindingen op de website van het wetenschappelijke tijdschrift Nature Nanotechnology.
De huidige kristallijn silicium zonnepanelen zijn duur. Er bestaan ook goedkopere zonnecellen, maar die hebben een laag rendement. Een organische zonnecel heeft bijvoorbeeld maar een rendement van maximaal 8 procent. Een manier om het rendement van goedkopere zonnecellen te verhogen is door gebruik te maken van halfgeleider nanodeeltjes (kwantum dots). Het rendement kan dan theoretisch oplopen tot 44%. Dit komt onder meer door het lawine-effect, in 2008 aangetoond door onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM.
In de zonnecellen van nu kan een geabsorbeerd lichtdeeltje slechts een elektron wegschieten, oftewel een elektron-gat paar veroorzaken. In een kwantum dot zonnecel kan een lichtdeeltje meerdere elektronen in beweging zetten. Hoe meer elektronen er worden vrijgemaakt, des te hoger het rendement van de zonnecel.
Gekoppelde nanodeeltjes
Tot nu toe was het ontstaan van elektron-gat paren onder invloed van lichtdeeltjes alleen aangetoond binnen de grenzen van een kwantum dot. Voor bruikbaarheid in een zonnecel is het essentieel dat elektronen en gaten zich kunnen verplaatsen. Zo ontstaat elektrische stroom die via een elektrode kan worden afgetapt.
Onderzoekers van de afdeling ChemE en het Kavli Instituut van de TU Delft hebben aangetoond dat de elektron-gat paren zich ook als vrije ladingen kunnen verplaatsen van het ene naar het andere nanodeeltje. Ze hebben hiervoor nanodeeltjes gekoppeld met zeer kleine moleculen, zodat ze zeer dicht bij elkaar zitten, maar nog steeds gescheiden zijn. De deeltjes zitten dan zo dicht op elkaar dat ieder lichtdeeltje dat wordt geabsorbeerd in de zonnecel ook daadwerkelijk leidt tot beweeglijke elektronen.
