Best practice: rekencluster Lisa omvangrijke simulaties voor efficiëntere zonnepanelen

De efficiency van zonnecellen verbeteren en tegelijkertijd de kosten beperken: dat is de missie van Piero Spinelli (postdoc) en Claire van Lare (PhD-student) bij AMOLF. Ze maken gebruik van hoge resolutie simulaties om het optimale patroon van nanodeeltjes op een zonnecel te berekenen.

Zonnepanelen in een veld

Nanofotonica

Spinelli en Van Lare werken allebei mee in het onderzoeksprogramma van prof. dr. Albert Polman. Het onderzoeksthema van deze groep is nanofotonica: de beheersing, het begrip en de toepassing van licht op nanoschaal. “Ons werk bestaat enerzijds uit experimenten en anderzijds uit theorievorming en simulaties”, legt Spinelli uit. “We doen beide. Bij AMOLF maken we gebruik van nanotechnieken om nanodeeltjes toe te voegen aan zonnecellen. Maar we willen ook de fysica erachter begrijpen en meer leren over de manier waarop we licht in zonnecellen kunnen vangen. Daarvoor hebben we simulaties nodig, en voor simulaties gebruiken we het rekencluster Lisa bij SURFsara.”

Hoe vang je licht?

De uitdaging waarvoor Spinelli en Van Lare staan is een manier te vinden om licht te vangen in een zonnecel. Van Lare: “Om kosten te besparen, maken we de cellen zo dun mogelijk. Maar als je een zonnecel dun maakt, absorbeert hij minder licht, omdat het licht er doorheen gaat. Daarom voegen we nanodeeltjes toe: zij verspreiden het licht en stellen ons in staat licht in de cel te vangen.”

“We hebben het rekencluster Lisa nodig voor omvangrijke simulaties, want ze gaan de capaciteiten van onze eigen systemen te boven.”

Optimaal patroon

Simulaties helpen om de optimale geometrie voor nanodeeltjes te vinden, stelt Spinelli: “We kunnen het formaat van de deeltjes veranderen of de manier waarop ze op de zonnecel worden aangebracht. Als we het beste patroon hebben vastgesteld, bouwen we de zonnecel.” De simulaties hebben een driedimensionale opbouw met alle lagen die gebruikt worden in een echte zonnecel, zegt Van Lare: “We voegen de nanodeeltjes toe en we simuleren wat er gebeurt als het licht in de cel valt. We hebben het rekencluster Lisa nodig voor deze omvangrijke simulaties, want ze gaan de capaciteiten van onze eigen systemen te boven. Dat geldt voor zowel de geheugenopslag als de rekenkracht.”

Meer efficiency, lagere kosten

Volgens Spinelli zijn de resultaten tot nu toe veelbelovend: “Door het optimale patroon van nanodeeltjes te gebruiken, kunnen we de efficiency van een zonnecel met een paar procent verhogen, bijvoorbeeld van 20% to 22%. Dat lijkt misschien niet veel, maar in de wereld van de zonnecellen is dat heel wat.” Maar het gaat niet alleen om efficiency: “Ons onderzoek maakt het mogelijk zonnecellen te ontwikkelen die veel dunner zijn, omdat het licht erin wordt gevangen”, zegt Van Lare. “Die cellen bevatten minder materiaal en zijn daardoor goedkoper, terwijl de efficiency gelijk blijft.”