Nanodeeltjes kleuren zonnepanelen groen
Onderzoekers van AMOLF, de Universiteit van Amsterdam en het Energieonderzoekcentrum Nederland (ECN) hebben een technologie ontwikkeld waarmee een zonnepaneel van een heldere groene kleur kan worden voorzien en het rendement grotendeels intact blijft. Door silicium nanodeeltjes toe te passen in het glas van een zonnepaneel, ontstaat een groene kleur die zichtbaar is over een breed hoekbereik. De stroom in de zonnecel wordt slechts met tien procent verlaagd. Het realiseren van gekleurde zonnepanelen is een belangrijke stap naar de integratie van zonnepanelen in de gebouwde omgeving en het landschap. Het onderzoek verschijnt op 15 augustus 2017 online in het tijdschrift Applied Physics Letters.
De ontwikkeling van zonnepanelen heeft zich de afgelopen jaren vooral gericht op het maximaliseren van het rendement: commerciële panelen zetten zo’n 22% van de energie van zonlicht om naar elektriciteit. Om dat te bereiken worden de silicium zonnecellen voorzien van een gestructureerd oppervlak met een antireflectiecoating zodat het zonlicht zo efficiënt mogelijk wordt ingevangen. Die structuur geeft de panelen een donkerblauw of zwart aanzien.
Groene zonnepanelen
Om gekleurde panelen te maken, gebruikten de onderzoekers het effect van Mie verstrooiing: de resonante terugkaatsing van licht van een bepaalde kleur door nanodeeltjes. Ze integreerden daarvoor een netwerk van hele kleine silicium deeltjes – met een diameter van 100 nanometer – op een hoogrendements siliciumheterojunctiezonnecel. Als gevolg van het resonante verstrooiingseffect wordt alleen het groene deel van het zonnespectrum terug gekaatst; de overige kleuren worden volledig in de zonnecel gekoppeld. De stroom die het mini-paneel (0,7 x 0,7 cm2) genereert is slechts 10% lager. De groene kleur is zichtbaar over een groot hoekbereik, tot 75 graden. De nanodeeltjes worden aangebracht met behulp van een soft-imprint techniek die kan worden opgeschaald naar zeer grote oppervlakken.
Bouwmateriaal
Het lichtverstrooiingseffect door Mie resonanties kan goed worden gecontroleerd: door de grootte van de nanodeeltjes aan te passen kunnen in principe alle kleuren worden gemaakt. De onderzoekers gebruiken dit principe ook om zonnepanelen te ontwikkelen met andere kleuren, en door het combineren van deeltjes van verschillende diameters, zelfs een wit zonnepaneel te maken. Idealiter worden zonnepanelen zo een bouwmateriaal dat in de bebouwde omgeving kan worden gebruikt. Rode panelen kunnen dakpannen vervangen, witte panelen kunnen als wandplaten worden gebruikt. En groene zonnepanelen in de natuur geplaatst vallen dan niet meer op in hun omgeving.
Groene zonnecel (a) Schematische weergave van een prototype van een gekleurd mini zonnepaneel. (b) AM1.5G zonnespectrum (donker blauw) en zonnespectrum na transmissie door het netwerk van nanodeeltjes (groen). Aangezien groen licht gereflecteerd wordt door het netwerk van nanodeeltjes, vertoont het spectrum van het doorgelaten licht een dip bij 550-580 nm. Foto’s gemaakt onder verstrooid zonlicht (0,5 x 0,5 cm²) van (c) onbehandelde zonnecellen en (d) groene silicium heterojunctie mini zonnemodule.
Referentie
Verena Neder, Stefan L. Luxembourg en Albert Polman, Efficient colored silicon solar modules using integrated resonant dielectric nanoscatterers, Appl. Phys. Lett. 111, in press (2017) DOI:10.1063/1.4986796
