Nieuwe productiemethode voor betere zonnecellen

Kabels, poriën, bulten en andere texturen op nanoschaal kunnen de prestatie van zonnecellen, displays, supercondensator, en zelf-zelfreinigende oppervlakken. Dergelijke texturen worden onder andere gebruikt bij Onderzoekers van Stanford University hebben een simpelere en goedkopere methode ontwikkeld om dergelijke texturen aan te brengen op grote oppervlaktes. Dergelijke texturen op nanoschaal komen in het bijzonder van pas bij toepassingen waar er interactie is lichtstralen. Een voorbeeld van een dergelijke toepassing is bij zonnecellen die uitgevoerd worden met een kleine nano pilaren zodat er meer zonlicht absorberen en omzetten in elektriciteit.

Er is wel een probleem bij het aanbrengen van dergelijke nano-texturen op grote oppervlaktes. Namelijk er bestaan verschillende procedures maar deze zijn in het algemeen vrij complex. De meer eenvoudigere procedures zijn dan enkel geschikt voor een beperkt aantal toepassingen. Lithografie of 'steendruk' is een methode die kan gebruikt worden om de nano-texturen in het oppervlak te gaan kerven. Hiermee kan men zeer precies gaan werken maar dit heeft als gevolg dat deze techniek zeer duur is.

Een andere, simpelere methode is 'spin coating'. Hierbij verkrijgt men een zeer dunne film door een vloeibare oplossing met nano-deeltjes op een cirkelvormige plaat aan te brengen. Daarna laat met de cirkelvormige plaat ronddraaien aan een hoge snelheid. Door de middelpuntvliedende kracht wordt al de overtollige hoeveelheid aan de oplossing weg gezwierd van de plaat. De oplossing bestaat in het algemeen uit de nano-deeltjes samen met een vluchtige solvent. Daardoor verdampt het solvent terwijl de plaat ronddraait. Daardoor verkrijgt men een dunne laag aan nano-deeltjes op de plaat. Maar deze techniek is moeilijker toepassen voor grote oppervlaktes en het is niet direct mogelijk om de nano-deeltjes precies aan te brengen.

Een andere techniek voor het aanbrengen van nano-texturen is door deze te gaan etsen op het oppervlak. Bij etsen gebruikt men een sterk bijtend zuur om kleine holtes in het oppervlak te verkrijgen. Door eerst een soort patroon op het oppervlak aan te brengen worden enkel het materiaal op die bepaalde plaatsen verwijderd zodat men de gewenste nano-textuur verkrijgt. Maar terug is deze techniek niet echt gemakkelijk om te gebruiken voor grote oppervlaktes en het is ook niet erg nauwkeurig.

Het onderzoek aan Stanford University, onder leiding van Yi Cui, paste een techniek, die commercieel gebruikt wordt voor de productie van flexibele verpakkingen, aan zodat deze kan gebruikt worden voor de aanbrengen van nano-texturen op grote oppervlakten. Bij deze nieuwe technologie komt het er op neer dat een staaf, waarop fijne draadjes zijn gewonden, gebruikt wordt om een vloeistof die nano-deeltjes bevat gelijkmatig aan te brengen op het oppervlak. Hiermee verkrijgt het oppervlak de specifieke structurele eigenschappen van de nano-deeltjes.

De specifieke structurele eigenschappen die gewenst zijn, zijn voor bijna elke toepassing verschillend. Dus op deze aan te passen gebruikt men verschillende staven met een andere diameter, dikkere of dunnere draadjes die op de staaf gewonden zijn, andere nano-deeltjes of een andere speciale chemische nabehandeling. Via deze methode kan men ook nano-deeltjes aanbrengen op stijve oppervlakken zoals glas en dergelijke.

De onderzoekers hebben een prototype gebouwd om hun technologie te bewijzen. Het prototypen was zonnecel dat bestond uit een zeer dunne film. En na verschillende testen bleek het oppervlak 42% meer licht te absorberen dan eenzelfde oppervlak zonder deze nano-deeltjes. En dit is dan ook het grootste doel van dit onderzoek, namelijk om deze techniek te gaan commercialiseren zodat zeer efficiënte, dunne-film zonnecellen geproduceerd kunnen worden met heel weinig materiaal te gebruiken.

via [technologyreview]