Perovskietzonnecellen

Thema:
Perovskietzonnecellen

Het mineraal perovskiet, vernoemd naar de Russische mineraloog graaf Lev Perovski, werd in 2009 voor het eerst toegepast in zonnecellen. Sindsdien is in wetenschappelijke laboratoria een steeds hogere energieopbrengst van deze zogeheten perovskietzonnecellen aangetoond. Op dit moment werken we aan het opschalen van deze jonge veelbelovende technologie.

Enkele jaren geleden bleek al dat perovskietzonnecellen net zo efficiënt zijn als traditionele kristallijn silicium (c-Si)-zonnecellen. De verwachtingen van deze dunnefilm-pv-technologie zijn dan ook hoog. Alles wijst er bovendien op dat deze perovskietzonnecellen een goede tandem met de c-Si-zonnepanelen vormen. De verwachting is dat deze tandemcombinatie kosteneffectieve zonnepanelen oplevert met rendementen van boven de 30 procent. Het theoretisch maximale rendement voor tandems ligt zelfs boven de 40 procent.

Voordelen van perovskiet

Het gebruik van perovskiet als halfgeleider in pv-modules heeft belangrijke voordelen.

  • De grondstoffen om perovskiet te maken zijn heel goedkoop.
  • Er is maar een heel dun laagje perovskiet nodig in een zonnecel. Dit betekent nog lagere materiaalkosten.
  • Perovskiet kun je aanbrengen met een relatief eenvoudig depositieproces (het aanbrengen van de laagjes op een bepaalde ondergrond, het substraat). Hierdoor zijn geen dure machines nodig.
  • De laagjes perovskiet kun je bij lage temperaturen deponeren. Ook dit houdt de productiekosten laag.
  • Er is relatief weinig energie nodig om een perovskietcel te maken. Zo verdient de zonnecel snel de energie terug die nodig was om de cel te maken.

Perovskietzonnecellen op glas en folie

Met de huidige status van de perovskietzonneceltechnologie halen we op glas of folie in principe eenzelfde modulerendement als met andere technologie. Binnen het samenwerkingsverband Solliance hebben we al een modulerendement van 16 procent aangetoond met opschaalbare productieprocessen. De ambitie is om een module-efficiëntie van 18 tot 20 procent aan te tonen in 2023. Dit en het feit dat het maakproces heel goedkoop is, kan voor een paradigma in de 'zonnecelwereld' zorgen.

Net als koper indium gallium selenide (CIGS) kun je perovskiet toepassen op glas, maar ook op flexibele folies. Deze kun je op hun beurt weer integreren in producten, zoals autodaken of gevelbeplating. Bij een doorzichtige ondergrond zoals glas of plastic, is het mogelijk om de perovskietgebaseerde zonnecellen ook semi-transparant te maken. Bijvoorbeeld in venstertoepassingen.

Transparantie is ook nodig voor de veelbelovende toepassing van perovskietzonnecellen in de zogenoemde tandemtechnologie. In combinatie met Si-zonnecellen kan het rendement tot boven de 30 procent uitkomen.

Flexibele semitransparante perovskietmodule
Flexibele semitransparante perovskietmodule

Ons perovskietonderzoek

Binnen het Solliance samenwerkingsverband, geleid door TNO, TU/e en imec, hebben we 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 nog veel onderzoek en ontwikkeling nodig.

Efficiëntie

Belangrijke onderdeel in het onderzoek is betere efficiëntie. We streven 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.

Stabiliteit

Ook is meer stabiliteit van belang: zonnecellen en de modules in gebruik moeten stabiel zijn. Dit betekent dat het vermogen van de module bij gebruik na 20 jaar niet meer dan 20 procent relatief mag dalen. De factoren die de stabiliteit nadelig kunnen beïnvloeden zijn water, lucht, temperatuur, elektrische invloed van het pv-systeem, soms zelfs licht en bijna altijd een ingewikkelde combinatie van deze factoren. Daarom zoeken we steeds naar de oorzaken van mogelijke instabiliteit. Die oorzaken proberen we weg te nemen door andere materialen en andere processen te gebruiken.

Speciale beschermlaag

Een nadeel van perovskiet is 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. In 2020 hebben we aangetoond dat perovskiet stress-testen doorstaat die we ook gebruiken om commerciële modules te testen.

Illustratie van hoe de Atomic Layer Deposition (ALD) technologie wordt toegepast
Illustratie van hoe de Atomic Layer Deposition (ALD) technologie wordt toegepast

Gebruik van lood voorkomen

De huidige generatie van perovskiet-pv-modules bevat een zeer kleine hoeveelheid lood. Ongeveer een halve gram per vierkante meter. Omdat na een mogelijke beschadiging van een zonnepaneel lood in het milieu kan komen, onderzoeken we hoe groot die schadelijke invloed is en hoe we dit beperken. Samen met andere Solliance-partners brengen we de mogelijke risico’s in kaart en onderzoeken we alternatieven met als doel het gebruik van lood te voorkomen.

Meer weten over perovskietzonnecellen?

Bekijk het webinar 'Innovatie in zonne-energie technologie’.

Volg de laatste ontwikkelingen

11 resultaten, getoond 1 t/m 5

Rendement van 30% bereikt met vier terminal perovskiet-silicium pv-tandemcellen

Informatietype:
Nieuws
26 september 2022

TNO, TU Eindhoven, imec en TU Delft, partners in Solliance, hebben de krachten gebundeld om de conversie-efficiëntie van tandemzonnecellen verder te verhogen tot voorbij de grenzen van de huidige commerciële fotovoltaïsche (pv) modules.

Waarom Europa zijn eigen zonnepanelen moet gaan produceren

Informatietype:
Artikel

De meeste zonnepanelen komen uit China. Tijd om de productie van zonnepanelen terug naar Europa te halen. Met slimme oplossingen van TNO.

Zonpositief webinars

Informatietype:
Webinar
2 augustus 2022
4 afleveringen

Bekijk 4 webinars over zonne-energie: zonne-energie op weg naar impact, innovaties in zonne-energie-technologie en betaalbare zonne-energie van elk oppervlak.

Nieuwe silicium zonnecellen

Informatietype:
Artikel
De meest toegepaste technologie voor zonnepanelen is kristallijn silicium. Ruim de helft van de zonnepanelen wereldwijd bevat TNO-technologie. Lees meer.

Zonnecellen voor aerospace-toepassingen

Informatietype:
Artikel
TNO werkt met verschillende partners aan zeer innovatieve concepten voor zonnecellen in Aerospace. Zoals zonnepanelen op drones.