Uitvinding TU Delft voor lichtvangst levert record-efficiëntie op voor dunne filmzonnecel

Tan presenteerde zijn vinding tijdens de zesde World Conference on Photovoltaic Energy Conversion in Kyoto). Tan, die werd begeleid door dr. Arno Smets en prof. Miro Zeman, ontving de Young Researcher Award voor zijn prestaties.

De opmerkelijke verbetering van de efficiëntie is het resultaat van een wisselwerking tussen drie aspecten die de prestatie verbeteren. Het eerste aspect is een betere energetische benutting van het zonnespectrum. Hairen Tan, van de sectie Photovoltaic Materials and Devices (PVMD), heeft een tandemstructuur gebruikt, waarbij twee zonnecellen met verschillende absorptiematerialen op elkaar worden geplaatst. De twee absorptiematerialen – respectievelijk amorf silicium en nanokristallijn silicium – vangen verschillende gebieden van het zonnespectrum af, zodat het spectrum energetisch beter wordt benut.

Het tweede aspect is de gebruikte techniek voor lichtvangst. Tan heeft een nieuwe oppervlaktemorfologie ontwikkeld voor een substraat voor tandemzonnecellen waarmee licht in beide zonnecellen efficiënter wordt verstrooid en geabsorbeerd. Voor deze benadering op basis van een gemoduleerde oppervlaktestructuur, waarop de TU Delft octrooi heeft, combineerde Tan oppervlaktestructuren op micrometerschaal door een glazen substraat te etsen met structuren op nanoschaal gemaakt van een transparante elektrode die op het geëtste glas wordt aangebracht.

Het derde aspect van efficiëntieverbetering heeft te maken met materialen en de verwerking van tussenlagen. Hairen Tan is erin geslaagd om absorbers van amorf en kristallijn silicium te verwerken die buitengewoon goede elektronische eigenschappen hebben. Daarnaast heeft hij in samenwerking met het pv-laboratorium van de EPFL in Neuchatel (Zwitserland) gebruikgemaakt van hun bijzonder transparante elektroden om het optische verlies buiten de absorbers te minimaliseren. Het resultaat van al deze verbeteringen is een nieuw wereldrecord: een initiële efficiëntie van dunne film siliciumtandemzonnecellen van 14,8 procent. Volgens Tan is er nog ruimte voor verbetering. Hij verwacht dat in de nabije toekomst een stabiele conversie-efficiëntie van vijftien procent zal worden bereikt.