Breedbandige nanocomposiet anti-reflecterende coating op basis van droge aluminiumpoeder-nanodeeltjes ingebed in een fotopolymeer-matrix voor toepassing op zonnecellen

De zon harder laten werken

Zonnepanelen verliezen verrassend veel kostbaar zonlicht voordat het in elektriciteit kan worden omgezet, simpelweg omdat licht van hun oppervlakken terugkaatst. Deze studie beschrijft een goedkope, gemakkelijk aan te brengen transparante coating die die reflecties over het grootste deel van het zichtbare spectrum vermindert. Door ultrakleine aluminiumdeeltjes in een heldere lijmachtige substantie te strooien en deze over glas of een dunne-film zonnecel te verspreiden, laten de auteurs zien dat ze meer licht kunnen binnenlaten en extra vermogen uit bestaande zonnetechnologie kunnen persen.

Een eenvoudige laag met kleine metalen sprinkels

De kern van het werk is een enkele, zeer dunne laag die zich gedraagt als een „anti-reflecterende huid”. De laag is een mengsel van een commerciële optische lijm en aluminiumnanodeeltjes van ongeveer 110 nanometer breed—ongeveer duizend keer dunner dan een mensenhaar. Slechts ongeveer 1 procent van het mengsel, in gewicht, is metaal. Deze bescheiden hoeveelheid is voldoende om te veranderen hoe licht door het oppervlak gaat. Omdat zowel de lijm als de nanodeeltjes standaard kant-en-klare producten zijn, vermijdt de aanpak complexe chemische synthese en past ze goed bij kostengevoelige industrieën zoals zonne-energie.

Van poeder naar heldere coating

Het omzetten van een potje droog aluminiumpoeder in een uniforme, doorzichtige film vereist zorgvuldige voorbereiding. De onderzoekers mengen de deeltjes eerst in methanol om de lijm te verdunnen en klontvorming te helpen scheiden. Ze verwarmen, roeren en sonificeren vervolgens het mengsel—met hoogfrequente geluidsgolven—om grote clusters uiteen te breken. Ten slotte filteren ze hardnekkige klonten eruit voordat ze de goed verdeelde deeltjes in de lijm blenden. De resulterende vloeistof wordt vervolgens aangebracht met een „doctor-blade”-methode, waarbij een glasstaaf het mengsel met gecontroleerde snelheid en afstand over een glasplaat of zonnecel veegt, en zo een ongeveer 50 micrometer dikke laag creëert die uithardt onder ultraviolet licht.

Minder schittering, meer licht

Om te onderzoeken hoe goed deze nieuwe huid presteert, beschenen de onderzoekers gecoat en ongecoat sodagel (soda-lime glas), het type dat vaak wordt gebruikt om zonnecellen te beschermen, met een breed spectrum zichtbaar licht. Metingen tonen aan dat het gecoate glas gemiddeld ongeveer de helft minder licht reflecteert dan kaal glas over 400 tot 750 nanometer—een daling van circa 8 procent reflectantie naar ongeveer 4 procent. Tegelijkertijd zendt het glas ongeveer 5 procent meer licht door, wat ongeveer 94,5 procent transmissie bereikt, dicht bij de limiet van de heldere lijm zelf. De coating realiseert deze brede verbetering zonder gebruik te maken van meerdere lagen of precieze nanostructurering, die gebruikelijk maar kostbaarder zijn in geavanceerde optica.

Versterking van echte zonnecellen

De onderzoekers testen hun aanpak ook op daadwerkelijke dunne-film zonnecellen gemaakt van indium-nitride op silicium, een ontwerp dat al een getextureerd oppervlak heeft om schittering te verminderen. In dit geval brengen ze simpelweg aluminiumnanodeeltjes uit oplossing op het oppervlak van de cel aan, zonder de polymerenmatrix, om te voorkomen dat de apparaatstructuur wordt verstoord. Zelfs met deze eenvoudigere behandeling daalt de gemiddelde oppervlaktereflectantie met ongeveer 24 procent, vooral bij kortere golflengten waar deze cellen het meest effectief zijn. Onder standaard zonlichtcondities tonen de gecoate apparaten een hogere stroom en een bescheiden stijging in de totale efficiëntie—van 1,78 naar 1,94 procent—wat neerkomt op een relatieve verbetering van het vermogen van 9 procent.

Praktische stappen richting goedkopere zonne-energie

Voor niet-specialisten is de kernboodschap dat een enkele, goedkope coatinglaag merkbaar kan verbeteren hoeveel zonlicht zonnepanelen opvangen, met gebruik van standaardmaterialen en eenvoudige gereedschappen. De nanocomposietfilm kan op beschermende glasplaten of direct op dunne-film zonnecellen worden aangebracht en vereist geen vacuümkamers of cleanroomfaciliteiten. Hoewel verder werk nodig is om de langetermijnduurzaamheid te bestuderen en de verstrooiingseffecten fijn af te stemmen, wijst deze aanpak op praktische, schaalbare anti-reflecterende oppervlakken die zonne-technologieën helpen meer elektriciteit uit hetzelfde zonlicht te leveren, tegen lagere kosten.

Bronvermelding: Sánchez, P.A., Valdueza-Felip, S., Sun, M. et al. Wideband nanocomposite antireflective coating based on aluminium dry powder nanoparticles embedded into a photopolymer matrix for solar cells application. Sci Rep 16, 5209 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35384-x

Trefwoorden: zonnecellen, anti-reflecterende coating, nanodeeltjes, dunne-film fotovoltaïsche cellen, efficiëntie van zonne-energie