Perovskiet gebaseerde zonnecellen: jonge technologie, hoog rendementpotentieel

Enkele jaren geleden werd voor Perovskiet zonnecellen al een vergelijkbare efficientie aangetoond als voor de beste Si-zonnecellen. De verwachtingen ten aanzien van deze dunne film PV-technologie zijn dan ook hoog. 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 kunnen 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 productiekosten ook laag houdt.

Met de huidige status van de Perovskiet zonneceltechnologie kan op glas of folie in principe eenzelfde modulerendement gehaald worden als nu met (m)cSi of CdTe of CIGS: tussen de 15 en 18%. Momenteel hebben we binnen Solliance al een modulerendement van 10% kunnen aantonen met beschikbare productieprocessen. We ambiëren een moduleefficientie van 15% aan te tonen in 2018. 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 venstertoepassingen.

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 dat de zonnecellen en 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 zelfs 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 sterke 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 milieu 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.
  Zolang de toxiciteit nog als een risico wordt beschouwd, kan Perovskiet worden ‘ingepakt’ in Die kunnen dan worden gebruikt in zonneparken, waar op een gecontroleerde en veilige manier grootschalig energie wordt opgewekt met zonnepanelen.