Efficiëntie zonnecellen van zwart silicium verdubbeld

Door te spelen met de bandstructuur van zwart silicium hebben onderzoekers van het Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut de efficiëntie waarmee dit materiaal zonne-energie omzet in elektriciteit weten te verdubbelen. Zwart silicium wordt gemaakt door normaal silicium met femtolaserpulsen te behandelen in een zwavelhoudende atmosfeer. Daardoor nestelen zich zwavelatomen in het silicium en krijgt het oppervlak een nanotextuur. Samen zorgt dat ervoor dat zwart silicium een aanzienlijk groter deel van het zonlichtspectrum absorbeert. Met name in het infrarode deel is de absorptiewinst groot.

Toch leverde leverde zwart silicium niet direct beter renderende zonnecellen op. Dat komt omdat infrarood licht onvoldoende energie heeft om elektronen de bandgap van silicium te doen oversteken. Door ’richeltjes‘ als houvast in die verboden zone te plaatsen, wisten de Fraunhofer-onderzoekers de oversteek te vergemakkelijken. Door te spelen met de ’vorm‘ van de laserpulsen, konden ze de extra energieniveau‘s zo kiezen dat het aanslaan van elektronen werd gestimuleerd en hun terugval juist ontmoedigd.

Gewoon silicium vervangen door zwart silicium levert naar schatting een procentpunt efficiëntere zonnecellen op. De onderzoekers deden hun proeven met commercieel verkrijgbare zonnecellen, waarvan ze simpelweg de achterkant behandelen om een tandemzonnecel te maken.