Deze zonnecel is 30 keer dunner — het geheim zit in een onverwacht patroon

Siliciumzonnepanelen zijn efficiënt en betrouwbaar, maar ze gebruiken relatief dikke, stijve lagen silicium. Nederlandse onderzoekers hebben nu laten zien dat zo’n absorberende laag veel dunner kan worden gemaakt zonder dat het invallende licht er meteen doorheen verdwijnt.

Hun oplossing klinkt tegenstrijdig: geen keurig herhalend raster, maar een patroon dat van dichtbij bijna willekeurig lijkt. Toch is het geen echte chaos. De kleine structuren zijn zo verdeeld dat er geen grote lege plekken, opeenhopingen of herkenbare herhaling ontstaan. Juist die combinatie helpt om veel verschillende kleuren licht in de ultradunne siliciumlaag vast te houden.

Het resultaat is een experimentele siliciumzonnecel met een absorberende laag van 4,8 micrometer. Dat is ongeveer 30 keer dunner dan de circa 160 micrometer silicium in een gangbare zonnecel.

Waarom een dunnere zonnecel licht verliest

Een normale siliciumlaag geeft zonlicht voldoende afstand om te worden geabsorbeerd. Maak je die laag veel dunner, dan gebruikt de cel minder materiaal en wordt hij mogelijk lichter en buigzamer. Daar staat een belangrijk nadeel tegenover: een groter deel van het licht kan door het silicium ontsnappen voordat het in elektriciteit is omgezet.

De onderzoekers van AMOLF en hun partners voegden daarom een laag met nanostructuren toe. Die structuren verstrooien het licht en sturen het zijwaarts door de zonnecel. Het licht legt zo een langere weg af in een materiaal dat zelf maar enkele micrometers dik is.

Dat is te vergelijken met een dun bos waarin rechte paden het zonlicht snel naar buiten laten. Als de paden telkens van richting veranderen, blijft het licht langer tussen de bomen bewegen en neemt de kans toe dat het wordt opgevangen.

Het onverwachte patroon is niet echt willekeurig

De onderzoekers noemen de verdeling hyperuniforme wanorde. De stippen of structuren hebben geen regelmatig ritme zoals de vakjes op ruitjespapier, maar ze liggen ook niet volledig willekeurig verspreid.

Op korte afstand ziet het patroon er rommelig uit. Op grotere schaal blijft de verdeling juist opvallend gelijkmatig. Daardoor kan het patroon een breed deel van het zonlicht koppelen aan verschillende lichtbanen in de siliciumlaag. Een periodiek raster werkt vaak vooral goed voor een beperkter aantal golflengten en invalshoeken.

Volgens de onderzoekers presteerde het hyperuniforme patroon beter dan zowel een vlak oppervlak als een vergelijkbaar periodiek patroon. Vooral bij nabij-infrarood licht, dat moeilijker door een dunne siliciumlaag wordt geabsorbeerd, was het verschil zichtbaar.

Wat is er werkelijk gemeten?

Het onderzoek gaat verder dan alleen een computersimulatie. Het team maakte ultradunne siliciumcellen en vergeleek verschillende oppervlakken. Toch is het belangrijk om de uitkomst niet te verwarren met de prestaties van een volledig commercieel zonnepaneel.

Die kanttekeningen zijn belangrijk. Een hoog laboratoriumrendement zegt nog niets over een compleet paneel met glas, bedrading, bescherming, temperatuurverlies en langdurige blootstelling aan regen en wind.

Waarom dit interessant is voor Nederland

Niet ieder dak kan het gewicht van traditionele zonnepanelen dragen. Lichtere zonnecellen zouden op termijn meer mogelijkheden kunnen bieden voor gevels, voertuigen, lichte daken en gebogen oppervlakken. Een dunnere siliciumlaag betekent bovendien dat voor dezelfde oppervlakte minder van het materiaal nodig is.

Dat maakt het onderzoek relevant voor de energietransitie, maar de praktische winst is nog toekomstmuziek. Voordat huishoudens of bedrijven er iets aan hebben, moet de techniek op grotere oppervlakken worden gemaakt, onafhankelijk worden doorgemeten en jarenlang worden getest op slijtage en opbrengst.

Het team noemt zelfassemblage als een mogelijke route naar grotere oppervlakken. Daarbij vormen kleine deeltjes onder gecontroleerde omstandigheden vanzelf een patroon dat de gewenste hyperuniforme eigenschappen benadert. Dat kan goedkoper worden dan ieder nanostructuurtje afzonderlijk schrijven, maar ook deze productiestap moet zich nog buiten het laboratorium bewijzen.

Dit betekent het nog niet

De studie bewijst niet dat zonnepanelen binnenkort 30 keer dunner, goedkoper of efficiënter worden. De vergelijking van 30 keer gaat over de absorberende siliciumlaag, niet over de totale dikte van een afgewerkt paneel. Ook is niet aangetoond dat een dun paneel automatisch 30 keer minder kost.

De echte wetenschappelijke stap is specifieker: de onderzoekers tonen hoe een zeer dunne laag silicium toch veel licht kan vasthouden. Het onverwachte patroon lost daarmee één belangrijk optisch probleem op. Productiekosten, levensduur, certificering en industriële opschaling blijven afzonderlijke uitdagingen.

De kern

Een schijnbaar willekeurig nanopatroon kan licht efficiënter door een ultradunne siliciumlaag sturen dan een vlak oppervlak of een eenvoudig herhalend raster. Daardoor komt een lichte, flexibele siliciumzonnecel technisch dichterbij. Voor Nederlandse daken verandert vandaag nog niets, maar het onderzoek laat wel zien dat minder materiaal niet automatisch minder lichtopvang hoeft te betekenen.

Bronnen en bewijs

• AMOLF: hyperuniforme wanorde maakt efficiënte, dunne siliciumzonnecellen mogelijk, gepubliceerd op 12 oktober 2026.
• ACS Photonics, DOI 10.1021/acsphotonics.6c01224, het onderliggende wetenschappelijke artikel.

Bewijsstatus: door vakgenoten beoordeeld laboratoriumonderzoek. Het proefmodel is geen commercieel zonnepaneel. Het genoemde rendement is niet onafhankelijk gecertificeerd; opschaling en levensduur zijn nog niet aangetoond.