Thomas van de Sandt
Tweedimensionale fosforkristallen kunnen helpen de prestaties van zonnecellen te verbeteren. Onderzoekers van het Kavli Instituut van de TU Delft lieten in de praktijk zien dat zonnecellen op basis van zwarte fosfor een breder lichtspectrum kunnen absorberen dan silicium zonnecellen. Zij publiceerden hun resultaten in Nature Communications.
Het onderzoek naar tweedimensionale kristallen van één of enkele atoomlaagjes dik heeft sinds de isolatie van grafeen door André Geim en Konstantin Novoselov in 2004 een enorme vlucht genomen. Inmiddels zijn meerdere neefjes en nichtjes van grafeen op basis van andere elementen dan koolstof opgedoken, met minstens evenveel potentie binnen de industrie.
De Delftse onderzoekers maken dus gebruik van fosfor, dat in tweedimensionale vorm bruikbaar is als halfgeleider. Deze dunne fosforschilfers worden verkregen door laagjes af te pellen van zwarte fosfor, een vorm die veel minder reactief is dan de bekendere witte en rode varianten. De structuur van zwarte fosfor is gelaagd, net als die van grafiet, waaruit Geim en Novoselov grafeen wisten te maken.
De Delftse onderzoekers verwerkten de fosforschilfers tot een PN-overgang, het werkzame gedeelte in een zonnecel. De verkregen zonnecellen kunnen licht absorberen met veel kleinere golflengtes, en zo een veel groter gedeelte van het zonnespectrum gebruiken dan silicium zonnecellen.
‘Onze zonnecellen kunnen daarmee iets dat silicium zonnecellen nooit zullen kunnen’, aldus onderzoeker Gary Steele. ‘Ze zijn alleen nog lang niet zo efficiënt, maar dat is ook niet gek als je bedenkt dat silicium zonnecellen de laatste decennia zijn geoptimaliseerd.’ De volgende stap in het onderzoek is dan ook om te proberen die efficiëntie op te krikken.
Overigens zijn er meerdere onderzoeksgroepen wereldwijd die vergelijkbare zonnecellen op basis van tweedimensionale kristallen ontwikkelen, vertelt Steele. ‘Dit jaar waren er drie andere publicaties op dit gebied. Die zonnecellen hadden allemaal soortgelijke prestaties als de onze.’
