Nashville, Tennessee (VS) – Zonnecellen op basis van diamant kunnen wellicht de concurrentie met siliciumzonnecellen aan.


Met een onderzoekssubsidie van bijna 350.000 dollar werkt Timothy Fisher met Weng Poo Kang aan een nieuwe zonnecel. Een laagje diamant moet de elektronen leveren. Al klinkt het idee zeer prijzig, volgens Fisher zijn de diamanten cellen bij massaproductie niet duurder dan zonnecellen van silicium.

Fisher gaat uit van de synthese van een diamantlaagje uit methaan. Met een techniek genaamd chemical vapour deposition zet zich vanuit het gas koolstof af op een ondergrond. Hij wil daarbij minuscule diamantpiramiden laten ontstaan. Het idee ontstond toen onderzoekers aan Vanderbilt University lieten zien dat diamant zeer efficiënt elektronen kan uitzenden. Als voordeel van het gebruik noemt Fisher dat diamant in de ruimte veel beter tegen straling bestand is en bij hoge temperaturen kan werken. Bovendien kan diamant potentieel een hogere energieomzetting bereiken, vijftig procent tegen tien tot vijftien procent voor silicium.
Fishers zonnecellen werken niet direct op zonlicht, zoals silicium zonnecellen. In plaats daarvan vangt een oppervlak zonnestraling op en zet dat om in warmte. Het geeft deze warmte door aan de kathode, waarop de diamantlaag is aangebracht. De temperatuur van de kathode kan daardoor oplopen tot duizend graden Celsius. Door de hoge temperatuur komen er elektronen vrij uit de diamanten piramiden. Bovenop de kathodelaag is de anode aangebracht. Tussen deze twee elektroden heerst een vacuüm., De elektronen stromen van de kathode naar de anode en zo ontstaat een elektrische stroom. Een speciale gelijkstroomomzetter verandert de sterke stroom met lage spanning in een zwakkere stroom met een hogere spanning. Dat kan volgens Fisher met een efficiëntie van negentig procent.
Inmiddels werken Fisher en zijn collega's aan een kleine proefcel, met een vlakke diamantlaag in plaats van piramiden. Dit prototype, met een oppervlak van een vierkante centimeter, moet een vermogen van tien watt opleveren bij duizend graden Celsius.

Erick Vermeulen