Siliciumdeeltjes van enkele nanometers groot kunnen zonnecellen een stuk efficiënter maken. De zonnecellen zetten een deel van het zonlicht momenteel niet om in elektriciteit, omdat dat deel een verkeerde golflengte heeft. De nanodeeltjes kunnen dat zonlicht omzetten in licht van een andere golflengte, wat de omzetting naar elekriciteit alsnog mogelijk maakt. Jammer genoeg kost de productie van deze nanodeeltjes nog te veel tijd, waardoor dergelijke toepassingen te duur zijn.

Een gangbare methode om de nanodeeltjes te maken, is met behulp van een plasma uit gas, bijvoorbeeld argon. Een plasma is een gas waarvan de atomen een of meerdere elektronen missen. Die elektronen vliegen vrij rond door het gas. Aan dat plasma wordt een ander gas toegevoegd, bijvoorbeeld silaan, dat silicium bevat. Het plasma breekt het silaan op in kleine stukjes, die op een gegeven moment samenklonteren tot silicium-nanodeeltjes.

“Het nadeel van deze conventionele methode is dat het ongeveer een half uur duurt voordat er voldoende nanodeeltjes geproduceerd zijn”, zegt Nic Kramer, student Technische Natuurkunde. “Bovendien is de grootte van de deeltjes moeilijk te variëren. Het toevoegen van eigenschappen aan de deeltjes door er bijvoorbeeld andere moleculen aan te bevestigen, is ook lastig. De deeltjes moeten daarvoor eerst uit de reactor worden gehaald. Eenmaal blootgesteld aan lucht krijgen ze een oxidatielaagje, wat ongewenst is.”

De onderzoeksgroep waarin Nic Kramer zit ontwikkelt een nieuwe productiemethode waarmee binnen enkele seconden dezelfde hoeveelheid silicium-nanodeeltjes is te maken. Bovendien is het mogelijk om de deeltjes in dezelfde reactor ook nog de gewenste eigenschappen te geven.

“We hebben de bestaande methode licht aangepast en opgeschaald, zodat veel grotere gasstromen met elkaar reageren”, zegt Kramer. “Het silaangas en het plasma zitten bovendien in afzonderlijke ruimten. Het plasma wordt eerst gecreëerd en vloeit vervolgens met hoge snelheid in een grotere reactor. Het silaangas uit een andere ruimte voegen we vervolgens toe via een soort ringvormige schijf met kleine gaatjes. Ongeveer dertig centimeter daar vandaan slaan de nanodeeltjes silicium neer op het substraat.”

Kramer toetste of de methode werkt en bestudeerde de omvang en de kwaliteit van de nanodeeltjes. “De deeltjes blijken onderling nog verschillend van grootte”, zegt de student. “De grootte varieert nu van vijf tot vijftig nanometer, dat moet uiteindelijk drie tot tien worden. Maar mijn aandeel zit er nu op.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman