Waar Angela Merkel ooit studeerde, moet gepriegel met zonnecellen nu nieuwe toepassingen voor duurzame energie opleveren

De vertegenwoordiger van de firma MBraun kijkt tevreden toe hoe zijn “Glove Box” in de praktijk wordt gebruikt. Grote glazen kasten met rubberen armen eraan zodat de medewerkers van het Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) in een steriele omgeving kunnen werken. Een jonge onderzoeker priegelt in een van de kasten twee zonnecellen op elkaar, “want dat is een van de dingen die we hier doen”, vertelt HZB-professor Steve Albrecht. “We zoeken samen met partners naar nieuwe toepassingen in de fotovoltaïsche industrie.”

De “Industrietag 2019” in het HZB-onderzoekscentrum in de Berlijnse wijk Adlershof biedt wat dat betreft een perfect moment om de meest veelbelovende projecten te tonen aan collega’s uit het bedrijfsleven en andere wetenschappelijke instituten. Zo zijn er mensen van het gerenommeerde Max-Planck instituut en Fraunhofer, maar ook bedrijven als Von Ardenne en Oxford PV.

Merkel en de gebroeders Wright

De meeste van hen hebben hun werkplek op loopafstand, want in Adlershof heeft zich heel veel fotovoltaïsche kennis gebald in een relatief klein gebied van 4,1 km2. “Deze wijk is niet voor niets al sinds het begin van de vorige eeuw een centrum voor industrieel onderzoek”, vertelt Roland Sillmann van Wista Management, de organisatie die een grote zeggenschap heeft bij wie zich mag vestigen in Adlershof en wie niet.

Sillmann: “Begin twintigste eeuw was hier een van de eerste Duitse vliegvelden waar onder andere de gebroeders Wright hun vliegtuigen testten. In de jaren twintig had BMW hier een van zijn belangrijkste fabrieken en voor de DDR-periode was dit het belangrijkste onderzoekscentrum. Wist u bijvoorbeeld dat Angela Merkel hier heeft gestudeerd?”

Na de val van de Muur in 1989 duurde het even voor Adlershof weer op gang kwam, maar nu is het volgens Sillmann wederom een van de belangrijkste technologiecentra van Duitsland met de aanwezigheid van 16 wetenschappelijke instellingen en 1150 bedrijven uit met name de sectoren duurzame energie, nanotechnologie en materiaalbewerking, biotechnologie en de optische industrie.

Dunnelaagscomposieten

Op het gebied van zonnecellen doet HZB onderzoek in verschillende richtingen. Natuurlijk wordt er geëxperimenteerd met het klassieke halfgeleidermateriaal silicium, maar ook andere materialen zoals de zogenoemde dunnelaagscomposieten CIGS (koper, indium, gallium en selenide) en het mineraal perovskiet zijn zeer belangrijk, omdat deze als grote voordeel hebben dat ze een veel hoger rendement kunnen leveren en doorgaans ook dunner zijn.

Volgens Rutger Schlattmann, die bij HZB verantwoordelijk is voor het overdragen van wetenschappelijke kennis aan bedrijven, is een van de meest veelbelovende projecten die met een combinatie van perovskiet- en CIGS-zonnecellen, een onderzoek dat plaatsvindt in samenwerking met de TU Eindhoven.

Tandem-cellen

“Het grote voordeel van deze “tandem-cellen” is dat perovskiet het blauwe licht uit de zon kan omzetten in energie, terwijl CIGS-cellen zich richten op het rode spectrum”, legt Schlattmann uit. Samen levert dat extra krachtige cellen op die volgens hem uiteindelijk tot 30% van het zonlicht kunnen omzetten in stroom. Ter vergelijk een gemiddelde zonnepaneel op het dak levert een rendement op van meestal tussen de 15 en 20%.

HZB zit volgens professor Albrecht met zijn “perovskiet-CIGS cellen” nu op een rendement van 21,6%. Dat is bijna hetzelfde niveau als de 21,5% die onlangs in Eindhoven werd gerealiseerd door Solliance. Ook dit Europese onderzoekscentrum ziet grote kansen in deze technologie.

HZB zit met een andere tandem-zonnecel – bestaande uit perovskiet en silicium – overigens op een nog iets hoger rendement van ruim 25%. Voor deze tandem-zonnecellen is zelfs al een industriële proefopstelling gebouwd in Brandenburg samen met het Britse bedrijf Oxford PV. Maar het grote voordeel van de perovskiet-CIGS zonnecellen is volgens Schlattmann dat ze in principe veel goedkoper te produceren zijn, zowel door lagere materiaalkosten als minder energieverbruik. Daarvoor moet natuurlijk wel nog de stap gezet worden van het laboratorium naar een industriële toepassing, en die stap is vaak de lastigste.