“Wij zien perovskiet zonnecellen niet als vervanger van silicium zonnecellen”, zegt Niels van Loon. Hij werkte 15 jaar bij TNO onder meer als techno-economical modelling specialist en sinds 2015 is hij verantwoordelijk voor de communicatie binnen Solliance Solar Research. In dat consortium werken partijen als TNO, imec, TU Eindhoven, Forschungszentrum Jülich, universiteit Hasselt, TU Delft, Universiteit Twente en Rijksuniversiteit Groningen samen aan dunnefilmzonnecel en -module technologieën.
In dat samenwerkingsverband werkt TNO al een jaar of zes aan zonnecellen van perovskiet. “Juist door die samenwerking plukken we de vruchten. We hebben grote stappen kunnen zetten om mooie zonnecellen van dat materiaal te maken.”
Getint glas
Perovskiet is een mineraal met dezelfde kristalstructuur als calcium-titanium-oxide. Het komt voor in gesteentes en de grondstoffen om deze halfgeleider te maken zijn goedkoper, dan siliciumcellen. Ook is er maar een dun laagje nodig voor een zonnecel, wat lagere materiaalkosten betekent.
Volgens Van Loon moet je goed naar de applicatie kijken en dan de beste technologie kiezen. “Dat geldt ook voor zonnepanelen. Bij grote rigide vlakken, is silicium vaak een goede oplossing. Maar heb je een sterk gekromd dak, zoals dakpan, golfplaten of esthetische daken, dan is een flexibel paneel de meest voor de hand liggende keuze. Of ramen met geïntegreerde zonnecellen.”
Zo kun je in een zonnepaneel van perovskiet gaatjes maken zonder dat de prestatie van de rest van het paneel verminderd, legt Van Loon uit. “Als je een patroon maakt van gaatjes met een diameter van zo’n 0,01 millimeter, dan kan je die met het blote oog niet meer zien. Het ziet er uit als getint glas met als verschil dat je een deel van het licht omzet in elektrische energie. Je kijkt er gewoon doorheen. Wij werken nu aan een prototype.” In verschillende projecten hebben Solliance-partners meegewerkt aan zonnepanelen in vangrails, muren van gebouwen en een fietspad.
Je kunt silicium en perovskiet ook combineren waardoor je een hoger rendement krijgt, zegt Van Loon. Dat is de insteek van het door de EU gefinancierde PERTPV-project. Een zogenoemde tandemtechnologie dat verschillende zonnecellen combineert in een tandem zonnemodule, ofwel tandem PV-module. Hiermee is een rendement van meer dan 40 procent theoretisch mogelijk. In zo’n tandem zonnecel presteert de ene zonnecel optimaal voor licht met een korte golflengte. De andere voor licht met een langere golflengte. Deze combinatie maakt het mogelijk om meer elektrische energie uit het zonlicht te halen dan een enkele zonnecel.
Betaalbaar
“Wij richten ons niet alleen op de vraag hoe je een stabiele en efficiënte cel maakt”, zegt Sjoerd Veenstra, programma manager perovskiet zonnecellen bij TNO en coördinator van de perovskiet activiteiten van het Solliance consortium. “Het gaat ons er ook om de productietechnologie op te schalen. Niet een paar goede cellen maken, maar een proces ontwikkelen om betaalbare flexibele panelen te fabriceren. Die je kunt integreren in bijvoorbeeld gebouwen.”
Zo zijn stappen gezet in de ontwikkeling van flexibele perovskiet zonnecellen met de pilot roll-to-roll installatie bij TNO. Hierbij worden de zonnecellen aan de rol geproduceerd, zoals een krant wordt gedrukt. “We doen ook technische en economische berekeningen. We verwachten dat de prijzen nog verder kunnen dalen als er grote fabrieken komen voor die roll-to-roll productie.”
Toverwoord
Momenteel bouwt TNO in de Brainport Industry Campus aan een pilotlijn waar “mass customization” mogelijk is. “Een toverwoord”, stelt Van Loon. “Het komt erop neer dat we enerzijds de voordelen van massaproductie, zoals robotisering en goedkope productietechnologieën inzetten. We willen het proces ‘slim’ maken zodat je vooraf de productielijn digitaal zo instelt dat je een zonnepaneel met specifieke eigenschappen kan produceren.” Vooraf de afmetingen of elektrische eigenschappen bepalen bijvoorbeeld. Ook kun je rekening houden met visuele integratie. “Met deze pilotlijn kunnen we zonnepaneel halffabrikaten maken, die we makkelijk kunnen integreren in bijvoorbeeld het dak van een auto of een façade van een gebouw.”
Ook doet TU Eindhoven binnen het consortium onderzoek aan zonnecellen van perovskiet. Hoogleraar Adrianne Creatore onderzoekt hoe de perovskiet cellen goed in te pakken zijn, zodat ze stabieler worden. Haar collega hoogleraar René Janssen werkt aan triple layer cellen van drie lagen perovskiet waardoor er een nog hogere efficiëntie ontstaat.
Lees hier meer over het Solliance consortium
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
