Solliance Solar Research en ECN PART OF TNO hebben twee technologieën gecombineerd om licht nog beter om te zetten in zonnestroom. Dit levert een equivalent omzettingsrendement (licht-naar-elektriciteit) op van 30,2%. Dit is ruim een derde beter dan de meest gebruikte huidige industriële zonnecellen, die een rendement hebben van maximaal ongeveer 22%.

De verbetering is bereikt door een nieuw ontwikkelde perovskietzonnecel te plaatsen op een industriële tweezijdig werkende kristallijnsiliciumzonnecel en deze te integreren in een nieuw cel-ontwerp dat licht van beide kanten oogst.

De combinatie van verschillende soorten zonnecellen in één PV-tandemcel leidt tot een hoger energie-omzettingsrendement dan haalbaar is met slechts één celtype. Door de combinatie van een cel die geoptimaliseerd is voor hoge-energiefotonen (ultraviolet en zichtbaar licht) met een andere cel die geoptimaliseerd is voor de omzetting van lage-energiefotonen (infrarood), kan meer elektrische energie uit zonlicht worden gehaald. Het nieuwe ontwerp absorbeert bovendien gelijktijdig het beschikbare licht aan beide zijden. Het samenvoegen van deze twee voordelen in één cel-ontwerp leidt tot een hogere energieopbrengst (10-30% meer) per m2 zonnecel. Het draagt daarmee bij aan een verlaging van de opwekkosten van zonnestroom en een vermindering van het oppervlaktegebruik.

Ter vergelijking, een enkel op silicium gebaseerde industriële cel levert bij tweezijdige belichting een equivalent rendement op van ongeveer 26%. Het theoretisch maximumrendement voor (laboratorium) siliciumzonnecellen is 29,4%. “Het bereiken van de 30%-drempel is de eerste belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van tweezijdig werkende tandems”, verklaart Gianluca Coletti – Programmamanager Tandemtechnologie bij ECN PART OF TNO. “Ons volgende doel is om te werken aan de schaalbaarheid, de integratie en de betrouwbaarheid van deze technologie. We willen de time-to-market verkorten en daarom werken we samen met onze partners om deze technologie gereed te maken voor massaproductie. Overigens richten we ons ook op een verdere verhoging van het rendement naar 35% in de komende 3 tot 5 jaar.”

Vergelijking van enkelzijdig en tweezijdig werkende cellen

Een vergelijking van de prestaties van enkelzijdig en tweezijdig werkende cellen en panelen is niet eenvoudig omdat veel variabelen, zoals de locatie, oriëntatie en toepassing van het zonnepaneel van invloed zijn op de energieopbrengst. Een praktische benadering om deze vergelijking te maken, is via het concept van ’tweezijdig-equivalent rendement’, d.w.z. het rendement van een enkelzijdig werkende cel dat nodig zou zijn om dezelfde (jaarlijkse) hoeveelheid energie op te wekken als de tweezijdige variant, onder dezelfde bedrijfsomstandigheden.

De gangbare praktijk om het equivalente rendement voor tweezijdige ontwerpen te bepalen is het onder standaard testcondities (STC) meten van het zonnepaneel aan de voorzijde en het daarbij optellen van het effect van 20% van diezelfde belichting aan de achterzijde. Via deze methode is het tweezijdig-equivalente rendement van de tweezijdig werkende tandem 30.2%. Daarmee wordt het theoretische maximumrendement voor enkelzijdig werkende silicium zonnecellen overschreden.

Choshu Industry Co., Forschungszentrum Jülich, imec en Technische Universiteit Eindhoven werkten ook mee aan de ontwikkeling van deze tweezijdige tandemtechnologie.