Zonne-energie is de goedkoopste en meest toegankelijke vorm van energie. Nu wordt het ook nog efficiënter dan ooit. Wetenschappers van een Chinees zonnetechnologiebedrijf hebben een nieuw type zonnecel ontwikkeld dat een spelbepaler kan zijn in de wereldwijde overgang naar hernieuwbare energie. Geavanceerde modellering, uitgevoerd door onderzoekers van de TU Delft, speelde een cruciale rol in het diepgaande begrip en de engineering van de innovatie. De nieuwe zonnecel is gemaakt van hetzelfde materiaal als 95% van alle huidige zonnecellen, maar presteert met een rendement van 26,81% veel beter. De innovatie bevestigt verder de cruciale rol van zonnecellen in de energietransitie. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Energy.
Sleutel tot verbetering
Het rapport over deze doorbraak is het resultaat van een internationale samenwerking tussen LONGi Green Energy Technology Co, Ltd, – een van de wereldwijd toonaangevende producenten van zonnecellen van de hoogste kwaliteit – samen met de Sun Yat-Sen University (SYSU) en de Technische Universiteit Delft (TU Delft). Het team optimaliseerde het ontwerp van de zonnecel door gebruik te maken van een sterk verbeterde “nanocrystalline-silicon hole contact layer“. Zo’n nieuwe laag was al geruime tijd een theoretische mogelijkheid, maar werd nooit met succes toegepast.
Sprong voorwaarts
De nieuwe laag kan elektriciteit met veel minder weerstand overbrengen, wat resulteert in een hoger stroomomzettingsrendement dan elk ander type zonnecel op basis van kristallijn silicium. Onderzoekers van LONGi ontwikkelden deze nieuwe technologie op standaard siliciumwafers van industriële kwaliteit, waardoor de technologie vrijwel onmiddellijk kan worden toegepast bij de productie van zonnepanelen. De verbeterde prestaties van de cel zijn aanzienlijk in vergelijking met vorige technologieën, en tonen een sprong voorwaarts in omzettingsefficiëntie van 1,5%. Dit overtreft de prestaties van alle andere kristallijne silicium zonnecelarchitecturen tot nu toe, die goed zijn voor meer dan 95% van de wereldwijd geproduceerde zonnecellen, zegt Xixiang Xu, vice-president van het LONGi Central R&D Institute.
Wetenschappers van SYSU hebben de exacte stroom van elektriciteit door de nieuwe lagen geanalyseerd en bestudeerd. Het team bekeek cellen met die lagen in vergelijking met cellen zonder. Zij ontdekten dat de cellen met de nieuwe lagen de elektriciteit beter geleiden omdat zij een lage activeringsenergie hebben als zij precies goed zijn geplaatst.
“Ons werk betekent een grote vooruitgang in het onderzoek naar de elektrische prestaties van gatencontacten, wat gunstig is voor heterojuncties, hybriden en alle zonnecellen op basis van silicium”, zegt Pingqi Gao, professor aan SYSU. De demonstratie van deze zonnecelarchitectuur versnelt de energietransitie aanzienlijk door efficiëntere fotovoltaïsche modules in te zetten.
Vertrouwen in fysische halfgeleiders
Geavanceerde modellering, uitgevoerd door onderzoekers van de TU Delft, speelde een centrale rol bij het realiseren van de innovatie. Met nieuwe modellen was het team in staat om de energiebarrières over de interfaces die de achterste junctie van de LONGi-zonnecel vormen gedetailleerd in kaart te brengen. Op deze manier kon het verzameltraject van gaten over de interfaces worden geanalyseerd, wat de uitstekende prestaties van het apparaat verklaart. “Het is geweldig om in echte apparaten met een groot oppervlak te zien wat we theoretisch hadden voorspeld als de beste combinatie van materiaaleigenschappen voor gat-contactlagen om ideaal gatentransport in dit soort cellen te bereiken”, zegt Paul Procel, postdoctoraal onderzoeker aan de TU Delft. “De beheersing die LONGi heeft bereikt van de depositie van ultradunne lagen met fijne controle over hun opto-elektrische eigenschappen is verbluffend. Het modelleren van hun zonnecellen verlegt de grens van wat we bedoelen met ideale kristallijne siliciumapparaten”, voegt Olindo Isabella, hoogleraar aan de TU Delft, toe.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
