Onderzoekers uit China, Duitsland en Saoedi-Arabië hebben flexibele silicium zonnecellen ontwikkeld die kunnen buigen als papier en vrijwel hun gehele 24% stroomconversie-efficiëntie behouden na 20 minuten gesimuleerde blootstelling aan wind. Deze cellen zijn bestand tegen temperatuurveranderingen en verliezen slechts 0,38% efficiëntie na twee uur fietsen tussen -70°C en 85°C.
De flexibiliteit werd bereikt door de scheurinitiërende interfaces op de silicium wafers af te stompen, wat resulteerde in een microscopisch netwerk van scheuren waardoor ze konden buigen. De behandelde wafers werden gebruikt om heterojunctie zonnecellen te maken met een vermogensomzettingsefficiëntie tot 23,4% en een antireflecterende coating die de efficiëntie verhoogt tot 24,6%. Deze flexibele cellen zijn geschikt voor fotovoltaïsche toepassingen in gebouwen en auto’s en maken de weg vrij voor vooruitgang in zonne-energietechnologie.
- Onderzoekers uit China, Duitsland en Saoedi-Arabië hebben flexibele silicium zonnecellen ontwikkeld.
- Ze bereikten de flexibiliteit door de scheurinitiërende interfaces op de siliciumwafers te vervagen, wat resulteerde in een microscopisch netwerk van scheuren.
- Ze zijn geschikt voor in gebouwen en op auto’s geïntegreerde zonnecellen.
De starheid van silicium zonnecellen overwinnen
Traditionele zonnecellen op basis van silicium, die 95% van de markt uitmaken, staan al lang bekend om hun efficiëntie bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit. Hun inherente stijfheid en brosheid hebben hun toepassing op golvende of flexibele oppervlakken echter beperkt. Alternatieve dunne-film zonnecellen gemaakt van materialen zoals amorf silicium, Cu(In,Ga)Se2, CdTe, organische materialen of perovskieten zijn daarom naar voren gekomen als potentiële oplossingen. Helaas hebben deze alternatieven vaak te lijden onder een lage energieomzettingsefficiëntie, chemische instabiliteit en het gebruik van giftige of schaarse elementen.
Om deze uitdagingen het hoofd te bieden probeerde een team onderzoekers onder leiding van Wenzhu Liu van het Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences, een flexibele maar efficiënte silicium zonnecel te ontwikkelen. Ze ontdekten dat gestructureerde kristallijne siliciumwafers de neiging hebben om te barsten bij specifieke scherpe interfaces die worden gevormd door piramidevormige kenmerken aan hun randen. Door chemie en plasma-etsen te gebruiken om deze scheurinitiërende interfaces af te stompen, konden de onderzoekers een microscopisch netwerk van scheuren in de wafers creëren, die vervolgens flexibel werden.
Van stijve wafers naar flexibele zonnecellen
Nu de behandelde silicium wafers flexibel zijn, ging het onderzoeksteam verder met het maken van heterojunctie zonnecellen. Toen deze cellen samengevoegd werden tot grote flexibele modules met een oppervlakte van meer dan 10.000 cm2, lieten ze een energieomzettingsefficiëntie zien van 23,4%. De toepassing van een antireflectiecoating op basis van magnesiumfluoride verhoogde de efficiëntie nog verder tot 24,6%.
Deze flexibele silicium zonnecellen hebben verschillende voordelen ten opzichte van traditionele starre cellen en hun dunnefilm tegenhangers. Ze behouden niet alleen een hoge energieomzettingsefficiëntie, maar zijn ook bestand tegen trillingen, herhaald buigen en extreme temperatuurschommelingen. Dit maakt ze ideaal voor grootschalige, lichtgewicht en flexibele zonnepanelen die in gebouwen en voertuigen kunnen worden geïntegreerd.
Potentiële toepassingen en toekomstige ontwikkelingen
Flexibele silicium zonnecellen openen nieuwe mogelijkheden voor de toepassing van zonne-energie. Building-integrated photovoltaics (BIPV) kan profiteren van deze flexibele cellen, omdat ze geïnstalleerd kunnen worden op gebogen oppervlakken of geïntegreerd kunnen worden in bouwmaterialen, zoals ramen of gevels. In auto’s geïntegreerde fotovoltaïsche systemen (CIPV) kunnen ook profiteren van deze cellen, waardoor voertuigen elektriciteit kunnen opwekken uit zonlicht en minder afhankelijk worden van fossiele brandstoffen.
Bovendien heeft de technologie het potentieel voor grootschalige commerciële productie van hoogwaardige flexibele silicium zonnecellen, wat bijdraagt aan de groei van de markt voor flexibele cellen en de wereldwijde toepassing van zonne-energie verder vergroot.
Huidige beperkingen
Hoewel de flexibele silicium zonnecellen indrukwekkende resultaten hebben laten zien op het gebied van efficiëntie, flexibiliteit en veerkracht, zijn ze nog niet robuust genoeg om hagelbuien met hoge snelheid te weerstaan. Het onderzoeksteam werkt er actief aan om deze beperking aan te pakken en de duurzaamheid van de cellen te verbeteren, zodat ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen en omgevingen.
Aangezien de vraag naar hernieuwbare energiebronnen blijft groeien, betekent de ontwikkeling van flexibele silicium zonnecellen een belangrijke stap voorwaarts op het gebied van zonne-energie. Met verder onderzoek en innovatie hebben deze buigbare cellen het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we de kracht van de zon benutten, waardoor zonne-energie toegankelijker en veelzijdiger wordt dan ooit tevoren.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
