Nasim Tavakoli promoveert op mooiere en efficiëntere zonnepanelen
‘Zonnepanelen moeten dunner, transparanter en kleurrijker worden,’ vindt UvA’er Nasim Tavakoli van onderzoekscentrum Amolf. In haar proefschrift onderzoekt ze hoe deze zonnepanelen eruit zouden kunnen zien, zonder dat ze te veel van hun werking verliezen. Tavakoli: ‘Als zonnepanelen mooier worden en aansluiten bij het gebouw, zullen architecten er steeds vaker voor kiezen en komen ze overal.’
Het is nog steeds een uitdaging om overal zonnecellen te installeren, zeker in dichtbevolkte landen zoals Nederland, zegt Tavakoli. ‘Het aantal zonnepanelen groeit exponentieel, maar moet dubbel zo snel groeien om de Europese klimaatdoelen van 2030 te halen.’
Lelijk of inefficiënt
Zonnepanelen zijn nu vaak groot en donkerblauw of zwart, waardoor mensen ze lelijk vinden. Dat is de reden dat architecten ze vaak niet gebruiken. Tavakoli wil de panelen dunner, transparanter en kleurrijker maken. Dat soort panelen bestaan al, met een dunne laag kleur aangebracht of gemaakt van organische materialen. ‘De efficiëntie van deze zonnepanelen is alleen nog niet hoog genoeg, soms slechts vijf procent,’ zegt Tavakoli. Kleur en transparantie in zonnepanelen doet per definitie af aan de efficiëntie, omdat een deel van het zonlicht opzettelijk wordt doorgelaten. In haar onderzoek ging Tavakoli op zoek naar slimme manieren om de efficiëntie omhoog te krijgen.
‘Het principe van een zonnepaneel is eigenlijk heel simpel,’ zegt Tavakoli. ‘Hoe meer licht het absorbeert, hoe efficiënter het is.’ De meeste zonnepanelen zijn gemaakt van halfgeleider silicium, die stroom opwerkt wanneer er licht op valt. Tavakoli promoveert op de nanostructuren die het mogelijk maken om dunnere, transparante en kleurrijke zonnecellen te maken met een hogere efficiëntie. ‘Met nanostructuren kun je structurele kleuren maken. Door de structuren aan te passen kun je kiezen welke golflengtes weerkaatst worden. Deze structurele kleuren vind je ook in vleugels van vlinders.’
Nanowires en honingraten
Ze maakt daarvoor gebruik van nanowires, nanostructuren die tot wel duizend keer dunner zijn dan een haar. Tavakoli: ‘Nanowires absorberen meer licht, of slechts licht van bepaalde golflengtes, waardoor kleuren ontstaan. We kunnen zelf kiezen welke kleur, door de diameter en de afstand van de nanowires te veranderen.’ Daarnaast buigen nanowires licht, waardoor ze het licht van een groter oppervlakte kunnen absorberen. Tavakoli: ‘Je hebt dus maar tien procent van het oppervlakte nodig van een normale zonnecel. Dat scheelt in materiaal en kosten.’
Ook deed Tavakoli onderzoek naar dunnere zonnecellen. Daarvoor maakte ze gebruik van de hyperuniform geometrie, zoals de honingraatstructuur die ook in de vleugels van zwarte vlinders zit. De honingraat stuurt verticaal invallend licht horizontaal naar de onderliggende geleider waardoor er meer licht wordt opgenomen. Die structuur ligt boven op de silicium en zorgt ervoor dat de halfgeleider twee keer zoveel licht kan opnemen dan zonder de structuur. Zo is er minder silicium nodig en kunnen de zonnecellen dunner, lichter en goedkoper worden.
(Lees verder onder de afbeelding)
In productie
Het kan nog even duren voordat zonnepanelen met nanowires op de daken liggen. Het project met de honingraatstructuur is inmiddels overgenomen door de masterstudent Alex Lamberts, die de techniek aan het opschalen is. Lamberts gaat verder promoveren op dit onderwerp en testen hoeveel dunner een zonnepaneel wordt met deze structuur. Tavakoli: ‘Dat project ga ik zeker in de gaten houden, misschien kunnen we deze zonnecellen binnenkort al in productie zien.’
Zelf wil Tavakoli in het bedrijfsleven gaan werken om meer toegepast bij te kunnen dragen aan het intergreren van zonnepanelen in gebouwen. Maar eerst de promotie. ‘En daarna mijn zus bezoeken en wat vakantie houden.’
Nasim Tavakoli hoopt op 14 oktober te promoveren op haar proefschrift ‘Solar Canvas — Nanoscale Light Management for Ultra-thin, Semi-transparent, and Colourful Solar Cells’. De promotie begint om 10.00 en vindt plaats in de Agnietenkapel.
