Onderzoekers uit de groep van prof.dr.ir. René Janssen (Scheikundige Technologie) werkten voor dit onderzoek samen met collega’s van de Universiteit van Ulm (Duitsland). De resultaten verschenen zondag 13 september op de site van Nature Materials. De beelden geven nieuwe informatie over hoe polymere (‘plastic’) zonnecellen precies werken; cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van deze klasse zonnecellen.

Een plastic zonnecel bestaat uit twee materialen die op een ingewikkelde manier door elkaar zijn gemixt (zie afbeelding). Daarbij is er een trade-off. Hoe ingewikkelder het mengpatroon, hoe groter het grensoppervlak tussen de twee materialen en hoe meer ladingen er worden gecreëerd wanneer er zonlicht op de cel valt. Maar tegelijkertijd zitten al die bochten het transport van die ladingen in de weg. Voor een goed functionerende zonnecel moeten die wel hun weg kunnen vinden naar de elektroden.

Wil je dus betere zonnecellen maken, dan is het van belang om de verwevenheid van de twee materialen goed in beeld te kunnen brengen. Dit was voorheen extreem lastig, maar door gebruik te maken van ‘3D electron tomography’ (vergelijkbaar met een CT-scan, maar dan met een elektronenmicroscoop op nanoschaal) heeft het onderzoeksteam de materiaalstructuur met niet eerder vertoond detail in beelden gevangen.

Aan de hand van deze beelden kon het team van het Institute of Stochastics in Ulm essentiële parameters berekenen, zoals de afstanden tussen de twee materialen en welk deel van het netwerk in contact staat met de elektroden. Deze analyse kwam perfect overeen met het gemeten gedrag van de zonnecellen in zonlicht.

Plastic zonnecellen halen nog lang niet de rendementen van silicium zonnecellen. Ze hebben wel andere voordelen. Zo kunnen plastic zonnecellen op een drukpers ‘roll-to-roll’ geproduceerd worden, op hoge snelheden. Dit maakt deze technologie in potentie erg goedkoop. Ook zijn plastic zonnecellen buigzaam en lichtgewicht, hetgeen ze geschikt maakt voor toepassingen op voertuigen of kleding en in het design van gebruiksvoorwerpen.

Voor plastic zonnecellen is dus de grootste uitdaging het rendement omhoog te schroeven. De sleutel daarvoor ligt in het precies kunnen beïnvloeden van de vorm op nanoschaal van de lichtgevoelige laag. Bijvoorbeeld door materialen te ontwikkelen die een groter deel van het zonnespectrum kunnen gebruiken voor de omzetting naar elektriciteit. (JH/TJ)