In verschillende soorten zonnecellen worden dunne laagjes titaandioxide (titania) gebruikt. De methoden waarmee deze titania-films momenteel worden gefabriceerd, vereisen hoge temperaturen en dure, hoogwaardige technologieën. Onderzoekers van de TU Delft hebben nu een laagdrempelige en volledig organische methode ontwikkeld om op relatief lage temperatuur dunne, poreuze laagjes titania te maken.
In een recent gepubliceerd artikel in Advanced Sustainable Systems beschrijven de Delftse onderzoekers hoe ze een enzym genaamd papaïne hebben gebruikt in een eenvoudig ‘dompelcoating-proces’. Papaïne komt van nature voor in papajavruchten. “Door het sample voorzichtig te verwarmen in een gewone huis-tuin-en-keukenoven, verdampte het meeste organische materiaal en bleven poreuze titanialaagjes achter“, legt onderzoeker Duncan McMillan van de TU Delft uit.
Oppervlakte
Edward van Amelrooij, MSc-student Technische Natuurkunde, maakte met de nieuwe methode een aantal test-zonnecellen (zogeheten DSC-zonnecellen). “De huidige productiemethoden voor dit soort zonnecellen vereisen ofwel een krachtig vacuüm, ofwel gespecialiseerde apparatuur om de monsters mee te verwarmen tot 600 graden Celsius”, aldus McMillan. “Dit maakt het proces niet alleen erg duur, het levert ook nog eens vlakke lagen op die niet op elkaar kunnen worden gestapeld, wat leidt tot een beperkt oppervlak.”
De nieuwe methode maakt gebruik van enzymatische depositie die een paar minuten duurt, gevolgd door verdamping in een standaardoven. Verbazingwekkend genoeg bleek tijdens het onderzoek dat minstens 50 van de op deze manier geproduceerde titania-lagen op elkaar kunnen worden gestapeld. Bovendien toonde Dr. Stephan Eijt, ook van de TU Delft, met behulp van positron annihilatie spectroscopie aan dat de titania-lagen zeer poreus waren. McMillan: “Deze poreusheid geeft ons toegang tot een groot oppervlak. We denken dan ook dat onze methode, gecombineerd met bestaande technologieën, zonnecellen met een hoog rendement kan opleveren.“
Lage kosten
De nieuwe productiemethode, die eenvoudig moet kunnen worden opgeschaald, biedt de mogelijkheid om duurzaam en goedkoop titania-laagjes te produceren. “Uiteindelijk kan dit bijvoorbeeld heel goed leiden tot goedkoop ontworpen zonnecellen die in de ramen van huizen of kantoren kunnen worden geïntegreerd”, aldus McMillan. De onderzoekers werken momenteel aan het verhogen van de prestaties en de stabiliteit van de zonnecellen, door het gebruik van verschillende kleurstoffen en door verder te sleutelen aan de poreusheid van de titania-lagen.