Paul van Gerven
24 March 2010

Een onderzoeksgroep van het Kyoto Institute of Technology speelt met zonnecellen van galliumnitride. Een opmerkelijke materiaalkeuze, want galliumnitride (GaN) heeft een bandgap van 3,4 elektronvolt, waardoor het slechts straling van lage golflengte absorbeert. Zichtbaar licht gaat er dus dwars doorheen. Door overgangsmetalen bij te mengen, wisten Saki Sonoda en collega‘s echter zonnecellen te fabriceren die een breed spectrum aan licht absorberen.

Het idee om de materiaaleigenschappen van GaN met additieven te tunen, is niet nieuw. Vooral indium bleek in het recente verleden een populaire keuze om de grote bandgap een beetje te dichten. Dat werkt, maar dan moeten meerlaags zonnecellen gemaakt worden met verschillende percentages indium om infrarood, zichtbaar en UV-licht te absorberen.

Sonoda ontdekte dat toevoeging van mangaan (Mn) de bandgap ook ’vernauwt‘: het vreemde metaal introduceert energieniveaus in de bandovergang. Elektronen kunnen die als opstapje gebruiken om aangeslagen te worden, is de gedachte, maar het precieze mechanisme is nog onderwerp van studie. GaN met tot 20 procent Mn vergroot de absorptie in een dermate groot frequentiebereik dat multi-junctiezonnecellen niet nodig zijn. De truc werkt ook met andere overgangsmetalen en met andere nitrides. Zelfs aluminiumnitride, met een uitzonderlijk grote bandgap, kon ertoe worden aangezet zichtbaar licht te absorberen.

Omdat de Japanse zonnecellen ondermaats presteren, is er voorlopig geen reden het idee commercieel toe te passen.