Shared Research Programma Perovskite

Afspraak maken

Perovskiet gebaseerde zonnecellen: jonge technologie, hoog rendement

Bepaalde organo-metaal verbindingen kunnen Perovskiet kristallen vormen met halfgeleider eigenschappen. Dit type materiaal werd pas in 2009 voor het eerst toegepast in zonnecellen. Sindsdien is in wetenschappelijke laboratoria een steeds hogere energieopbrengst van deze zogeheten perovskiet zonnecellen aangetoond. Op enkele jaren tijd werd al vergelijkbare efficientie aangetoond als voor de beste Si zonnecellen. De verwachtingen ten aanzien van deze dunne film pv-technologie zijn dan ook groot. Alles wijst er bovendien op dat deze perovskiet zonnecellen een goede tandem met de traditionele c-Si zonnepanelen kunnen vormen. Er wordt verwacht dat deze tandemcombinatie zonnepanelen kunenn opleveren met rendementen van boven de dertig procent.

Voordelen van perovskiet

Perovskiet is een kristalstructuur die zijn naam dankt aan een Russische onderzoeker. Het gebruik van Perovskiet als halfgeleider in pv-modules heeft belangrijke voordelen:

  • De grondstoffen om deze halfgeleider perovskiet te maken zijn heel goedkoop.
  • Verder is er maar een heel dun laagje perovskiet nodig in een zonnecel. Dit betekent nog lagere materiaalkosten.
  • Perovskiet kan worden aangebracht met een relatief eenvoudig depositieproces (het aanbrengen van de laagjes op een bepaalde ondergrond, het substraat), waardoor geen dure machines nodig zijn.
  • De laagjes perovskiet kunnen bij lage temperaturen worden gedeponeerd wat de productiekost ook laag houdt.

Met de huidige status van de perovskiet zonnecel technologie kan op glas of folie in principe eenzelfde module rendement gehaald worden als nu met (m)cSi of CdTe of CIGS: tussen de 15 en 18%. Momenteel hebben we binnen Solliance alvast een module rendement van 10% kunnen aantonen met beschikbare productieprocessen. We ambiëren een module efficientie van 15% aan te tonen in 2017. Dit gegeven en het feit dat het maakproces heel goedkoop kan zijn, zou voor een paradigma kunnen zorgen in de zonnecel “wereld”.

Net als CIGS kan perovskiet worden gebruikt op glas, maar ook op flexibele folies. Die kunnen op hun beurt weer worden geïntegreerd in tal van producten, zoals autodaken of gevelbeplating. Indien een doorzichtig substraat gebruikt wordt zoals glas of plastic, kunnen de perovskiet gebaseerde zonnecellen ook semi-transparant gemaakt worden. Dit kan dan bijvoorbeeld gebruikt worden in venster toepassingen.

Transparantie is ook nodig voor de veelbelovende toepassing van perovskietzonnecellen in de zogenoemde tandemtechnologie. In combinatie met Si zonnecellen kan het rendement in principe tot boven de dertig procent uitkomen. (Ter vergelijking: de allerbeste c-Si-zonnecel haalt in het laboratorium een energieopbrengst van 25,2 procent).

 

Ons Perovskiet-onderzoek

Solliance heeft de technologie en de apparatuur in huis om de opschaalprocessen van perovskiet pv-modules te ontwikkelen en aan te tonen, zowel sheet-to-sheet als roll-to-roll. Hiervoor is er nog veel onderzoek nodig. Belangrijke aspecten daarbij zijn:

Betere efficiëntie

We streven uiteraard naar pv-modules met een zo hoog mogelijke energieopbrengst. Daarvoor is het nodig te begrijpen welke factoren effect hebben op het rendement en hoe die te beïnvloeden zijn.

Meer stabiliteit

Belangrijk is ook dat de zonnecellen en de de modules stabiel zijn als ze gebruikt worden. Dit betekent dat het rendement bij gebruik na twintig jaar niet meer dan twintig procent mag dalen. De factoren die de stabiliteit nadelig kunnen beinvloeden zijn water, lucht, temperatuur, electrische invloed van het pv-systeem, soms zelf licht en bijna altijd een ingewikkelde combinatie van deze factoren.

Daarom zoeken we voortdurend naar de oorzaken van mogelijke instabiliteit en proberen die oorzaken weg te nemen door andere materialen en andere processen te gebruiken. Een nadeel van perovskiet is bijvoorbeeld dat het slecht tegen water kan. Dat stelt hoge eisen aan de barrièrelaag, de beschermlaag van pv-modules. We hebben goede resultaten geboekt met Atomic Layer Deposition (ALD). Door deze technologie toe te passen voor de binnenste lagen, is een minder sterkte barrièrelaag nodig om de modules vochtbestendig te maken. Solliance heeft deze innovatie wettelijk beschermd.

Reductie toxiciteit

Een nadeel van perovskiet pv-modules is dat ze een geringe hoeveelheid lood zullen bevatten: ongeveer een halve gram per vierkante meter. Omdat na een mogelijke beschadiging van een zonnepaneel lood in het melieu zou kunnen komen, wordt onderzocht hoe groot die schadelijke invloed is en hoe die kan worden beperkt.

Solliance brengt de mogelijke risico’s in kaart en onderzoekt alternatieven. Tin en het minder schadelijke Bismuth wordt momenteel uitgetest als loodvervanger.

Zolang de toxiciteit nog als een risico wordt beschouwd, kan perovskiet worden ‘ingepakt’ in glazen panelen. Die kunnen dan worden gebruikt in zonneparken, waar op een gecontroleerde en veilige manier grootschalig energie wordt opgewekt met zonnepanelen.

Deelnemende bedrijven in het Solliance shared research programma perovskiet gebaseerde zonnecellen zijn Dyesol, Panasonic, Solartek en Nano-C.

Tom Aernouts

+31 (0)479 719 624
tom.aernouts@solliance.eu

Aftrap voor SolarSquare

Bij het Hightech meets Design evenement op 16 mei, is de aftrap gegeven aan conceptontwikkeling voor een SolarSquare in de gemeente Eindhoven. Het idee van een SolarSquare is gepresenteerd aan diverse ontwerpers en ze zijn bijgepraat over de mogelijkheden van...

Lees meer

HighTech meets Design

The next gear towards creative innovation The strong design and high tech scene in Eindhoven creates impressive concepts where these two worlds collide. Still, there is a huge potential for these powers to put their creative heads together. What we have seen so far is...

Lees meer

Solarix wil solar sexier maken

Studio Solarix wil een geveltegel op de markt brengen die energie opwekt én er mooi uitziet. De groene startup onderzoekt samen met Solliance de integratie van dunne film pv in geveltegels. Integratie is belangrijk voor de bouwsector, weet Marloes van Heteren van...

Lees meer

Nieuwsgierig? Vragen?

Bel of mail gerust onze contactpersonen, of stuur een bericht.