Dunne dunnefilmzonnecellen absorberen beter dan dikke

Al sinds jaar en dag wordt het oppervlak van silicium zonnecellen opgeruwd, want dat doet het licht een beetje rondkaatsen. Een invallend foton ’verblijft‘ dan langer in de halfgeleider, waardoor de kans aanzienlijk toeneemt dat deze wordt geabsorbeerd. De wetten van de optica leggen echter een limiet op aan hoeveel meer fotonen dankzij deze insluittruc worden geabsorbeerd. Stanford-onderzoekers hebben nu berekend dat deze wetten op nanoschaal niet opgaan en speciaal ontworpen dunnefilmzonnecellen fors beter kunnen renderen.

In het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences rapporteren de Amerikanen simulaties die het gedrag van licht in kaart brengen in zeer dunne gelaagde filmstructuren bestaande uit een verstrooiings-, lichtinsluit- en organische fotoactieve laag, aangebracht op een spiegel. Bij een specifieke dikteverhouding tussen de lagen en een totale dikte die substantieel lager is dan de golflengte van het invallende licht, blijkt dit zich veel beter te laten insluiten. Dat komt doordat bij die dimensies het golfkarakter van licht een belangrijke rol speelt in de interacties die het aangaat met de materie in zijn omgeving. Het meest spectaculaire resultaat tot nu toe is een laagconfiguratie die het aantal geabsorbeerde fotonen met een factor twaalf laat toenemen in vergelijking met de limiet die op macroschaal geldt.