Twentse onderzoekers verbeteren zonnecellen significant met diamantachtig kristal

Het kristal weerkaatst volgens de onderzoekers ‘een opvallend breed spectrum aan kleuren’. Daardoor heeft het materiaal potentieel als achterreflector om de efficiëntie van zonnecellen of kleine lichtbronnen op chips mee te vergroten. De resultaten zijn gepubliceerd in het toonaangevende natuurkundige tijdschrift Physical Review B.

De efficiëntie van zonnecellen is afhankelijk van hun vermogen om licht te vangen en te absorberen. Dit kan worden vergroot door middel van een achterreflector: een spiegel achter het zonnecelmateriaal dat niet-geabsorbeerd licht reflecteert en weer terugvoert de zonnecel in. Een ideale spiegel reflecteert licht van elke frequentie (red. dat wil zeggen elke kleur) ongeacht de invalshoek (red. omnidirectionele reflectie). Omnidirectionele reflectie in diëlektrische structuren hangt samen met driedimensionale nanostructuren van fotonische kristallen met een zogenaamde volledige fotonische bandkloof. Onderzoekers hebben echter altijd gedacht dat dergelijke structuren een beperkt operationeel frequentiebereik zouden hebben. Daarnaast was het omnidirectionele gedrag ervan nog nooit aangetoond.

Een interdisciplinair team van natuurkundigen en wiskundigen van de Universiteit Twente heeft nu geavanceerde berekeningen uitgevoerd met betrekking tot een veelbelovend materiaal dat is ontwikkeld door de groep Complex Photonic Systems. ‘We hebben fotonische kristallen van het ‘inverse woodpile’-type onderzocht’, vertelt promovendus Devashish. ‘Zulke kristallen bestaan uit regelmatig geordende rijen poriën die in twee haaks op elkaar staande richtingen zijn aangebracht in een wafer van diëlektrisch materiaal, bijvoorbeeld silicium. De kristalstructuur is geïnspireerd op diamanten.’