Zonnecellen

Nederlandse overheid heeft zichzelf ambitieuze doelen gesteld. In 2020 moet 20% van de energie duurzaam worden opgewekt. Zonne-energie geldt als een grote belofte. Toch kwam in 2007 nog maar 0,3% van de Nederlandse duurzame energie uit zonnestroom. De verspreiding van zonnecellen blijft al jaren achter. Een wisselend subsidiebeleid, lage efficiëntie en hoge kosten zijn de voornaamste knelpunten. Nanotechnologie kan hier verandering in brengen.

Drie generaties
De meeste zonnecellen zijn gemaakt van silicium. Het rendement van deze eerste generatie cellen is hoog (15-20%). Maar, silicium is bijzonder kostbaar. Een tweede generatie zonnecellen maakt daarom gebruik van dunne-film technologie. Er is minder silicium nodig en de cellen zijn licht, flexibel en goedkoper. Helaas ligt ook het rendement aanzienlijk lager (6-8%). Sinds de jaren negentig werkt men aan een derde generatie zonnecellen.

Geen silicium meer nodig
De Zwitserse professor Michael Grätzel ontwikkelde als eerste een zonnecel zonder silicium. Zijn kleurstofzonnecel bestaat uit nanodeeltjes titaniumdioxide. Deze deeltjes zijn voorzien van een kleurstof, zodat ze beter reageren op zonlicht. Het rendement van Grätzel-cellen is vooralsnog laag (7-8%). Maar omdat geen silicium wordt gebruikt, zijn ook de productiekosten laag. Door betere kleurstoffen te kiezen hoopt men het rendement verder te verbeteren.

Zonnecellen uit een spuitbus
Nanobedrijven bieden inmiddels zonnecellen zonder silicium aan. Zo opende Advanced Photovoltaic Applications (APA) in 2008 een fabriek in Leeuwarden. Het bedrijf maakt zonnecellen door verschillende dunne laagjes metaal op een glasplaat te spuiten. APA combineert nanotechnologie met dunne filmtechniek. Omdat geen vacuüm nodig is om de metaallaagjes aan te brengen, blijven de productiekosten laag. De zonnecellen kunnen letterlijk aan de lopende band worden gemaakt.

In het verleden behaalde rendementen…
In de toekomst hopen nanowetenschappers ook het rendement van zonnecellen flink te kunnen verbeteren. Ze verwachten veel van het gebruik van koolstof nanobuisjes, ‘bucky balls’ en ‘quantum dots’. Laatstgenoemde is de nanovariant van een halfgeleider. Gebruik van deze deeltjes maakt in theorie zonnecellen mogelijk met een rendement 65% en hoger. Het ontwikkelen van commerciële toepassingen is echter nog een lange weg.