Zonnecellen zetten zonlicht om in elektriciteit. De huidige siliciumcellen kunnen alleen het licht van een bepaalde golflengte verwerken. De rest van het licht, dat andere golflengtes heeft, gaat verloren. Daarom bouwen wetenschappers nu een nieuw type zonnecel op basis van perovskiet in het door de EU gefinancierde PERTPV-project. Dit moet resulteren in krachtigere, duurzame zonnemodules met een hoger rendement.
Silicium is nog steeds het meest gebruikte materiaal voor zonnecellen. Andere materialen kunnen echter een hoger rendement behalen. Ze zijn ook veelzijdiger in hun toepassing. Maar de prijs-prestatieverhouding moet wel worden verbeterd.
Een alternatief voor silicium is het materiaal perovskiet. Dit mineraal heeft dezelfde kristalstructuur als calciumtitanaat. Een voordeel van perovskietcellen ten opzichte van siliciumcellen is dat zij op grote schaal kunnen worden vervaardigd. “Perovskiet kan worden gebruikt om zeer efficiënte cellen te produceren die in de buurt komen van het rendement van traditionele siliciumcellen,” aldus Henry Snaith, hoogleraar aan de Universiteit van Oxford.
“Het is ook mogelijk om de perovskietsamenstelling te veranderen om verschillende energiebanden van licht te absorberen. Dit betekent dat in plaats van dat al het licht door één materiaal wordt geabsorbeerd, zoals bij silicium het geval is, twee of meer cellen op elkaar kunnen worden gestapeld om verschillende golflengtes van het zonlicht te absorberen.”
Energieniveaus
Dit is belangrijk omdat de verschillende golflengtes van zonlicht fundamenteel verschillende energieniveaus bevatten, legt Snaith uit. “Een zonnecel kan slechts zoveel spanning opwekken als het golflengtebereik van het licht dat hij kan absorberen,” zegt hij. “Door de cellen te stapelen kan het bandbreedtebereik worden vergroot, waardoor zowel de spanning als de efficiëntie toenemen.”
De spin-off van de Oxford University, Oxford PV streeft ernaar volgend jaar een commercieel product op de markt te brengen.
In het PERTPV-project worden perovskietcellen gestapeld. Deze zogenoemde tandemcellen hebben een rendement van 30 procent. Deze breedband zonnecellen van perovskiet zijn gemaakt van een mengsel van tin en lood. Ze vormen de bovenste laag waar het zonlicht als eerste op valt. Het rendement van dit materiaal ligt slechts iets onder het beoogde niveau, zo melden de onderzoekers. Bovendien is de stabiliteit relatief goed, zeggen zij.
Snaith ziet echter een echte uitdaging in de verbetering van de efficiëntie van perovskietcellen met een smalle bandbreedte voor lichtgolven. “Daar is het rendement nog maar 18 tot 19 procent. Dat moeten we echt op 23 procent krijgen om de tandemcel met 30 procent rendement te kunnen realiseren”, legt hij uit.
Voor het projectteam staat, naast de ontwikkeling van de technologie zelf, nog een andere vraag centraal. Wat is de beste manier om de tandem-perovskietcellen te fabriceren? “In principe zijn alle stukken er, we moeten ze alleen samenbrengen en afleveren”, zei Snaith. “Ik ben ervan overtuigd dat we aan het eind van het project een zeer efficiënte tandem-perovskietcel hebben.”
Volgens Snaith moet het mogelijk zijn om binnen vijf jaar perovskiet als alternatief voor siliciumzonnecellen te kunnen gebruiken. “Daarin ligt de kans om een reeds duurzame industrie nog beter te maken.”
Ook interessant:
In Duitsland krijgt de ‘autobahn’ een zonnedak
Stroom komt straks uit je eigen vensterglas
