EO

Simulaties helpen rendement zonnecellen te optimaliseren

22 april 2021 om 11:18 uur

De werkgroep, onder leiding van onderzoekers van Forschungszentrum Jülich uit Duitsland, was een samenwerking tussen instituten uit Duitsland, Nederland, Ecuador, Rusland en China. De deelnemende TU Delft-onderzoekers, allen van de Photovoltaic Materials and Devices-groep, waren doctor Paul Procel Moya (links), universitair docent Rudi Santbergen (rechts) en universitair hoofddocent Olindo Isabella.

Een internationale fotovoltaïsche werkgroep heeft een nieuwe transparante toplaag voor zonnecellen ontwikkeld, gebaseerd op nanokristallen. Simulaties door de TU Delft tonen aan dat deze laag het rendement van in massaproductie vervaardigde – en betaalbare – zonnecellen kan verhogen tot op een procentpunt van de praktisch haalbare limiet.


Het gecombineerde praktische en theoretische onderzoek is gepubliceerd in Nature Energy.

 

Veruit de meeste van de wereldwijd geïnstalleerde zonnepanelen - in 2019 goed voor een totaal vermogen van 629 gigawatt met een jaarlijkse groei van ongeveer 25% - zijn gebaseerd op zonnecellen van kristallijn silicium. Deze zijn relatief goedkoop op grote schaal te produceren terwijl ze bijna een kwart van de invallende zonne-energie in stroom omzetten. "Veel onderzoeksgroepen proberen deze silicium zonnecellen verder te verbeteren", zegt Rudi Santbergen, universitair docent in de Photovoltaic Materials and Devices-groep aan de TU Delft en een van de coauteurs. "De uitdaging is om het rendement van de zonnecel te verhogen terwijl je de productiekosten laag houdt, zodat zonne-energie steeds goedkoper wordt."

 

Passivering

De grootste toename in het rendement van zonnecellen is het afgelopen decennium voortgekomen uit incrementele verbeteringen in drie essentiële eigenschappen van de toplaag. Deze toplaag dient transparant te zijn zodat (vrijwel) al het invallende zonlicht de halfgeleiderlaag bereikt die zonne-energie in elektriciteit omzet. Hij moet bovendien goed geleidend zijn zodat het de vrijgemaakte ladingdragers (elektronen of gaten) op efficiënte wijze naar de elektrische contactpunten van de zonnecel transporteert. Daarnaast moet deze laag over een cruciale eigenschap beschikken die passivering heet, waarmee voorkomen wordt dat ladingdragers aan het oppervlak recombineren en zo niet meer bijdragen aan de met zonne-energie opgewekte elektrische stroom.

 

Nanokristallen

De hoofdonderzoekers van Forschungszentrum Jülich hebben met een bewezen en eenvoudig op te schalen productieproces een nieuwe toplaag gecreëerd, gebaseerd op nanokristallen van silicium carbide, met een superieure combinatie van deze drie eigenschappen. "Met het eerste prototype van hun zonnecel bereikten ze al een rendement van bijna 24%, net zo hoog als de beste zonnecellen die in andere laboratoria gemaakt worden,' zegt Santbergen. ‘Ze vroegen ons om hun resultaten te valideren met behulp van simulaties."

 

Dicht bij de praktische limiet

De Photovoltaic Materials and Devices-groep van de TU Delft is een van de weinige onderzoeksgroepen ter wereld die geavanceerde optische en elektrische simulaties kan combineren, wat nodig was om de resultaten van de Jülich-zonnecel te valideren. De optische simulaties, uitgevoerd door Santbergen, laten voor elke invallende golflengte zien waar in de zonnecel welk deel van het zonlicht zal worden geabsorbeerd - of de fotonen de halfgeleiderlaag zullen bereiken of niet. Het elektrische model van collega Paul Procel Moya simuleert het transport van de vrijgemaakte elektronen en gaten door de zonnecel en bepaalt of deze al dan niet de elektrische contactpunten bereiken. "Onze simulaties geven precies aan waar in de zonnecel welke verliezen optreden," zegt Santbergen.

 

Bovendien is aangetoond dat de nieuwe toplaag in principe het rendement van de zonnecel kan verhogen van 24% naar 26%. Dit is dicht bij de praktische limiet van 27% waarboven, naar verwachting, de productiekosten van silicium zonnecellen zo hoog oplopen dat ze geen commercieel nut meer hebben. Santbergen: "Onze collega's in Jülich hebben al ideeën hoe ze hun productieproces kunnen bijstellen om deze stap voorwaarts te realiseren."

 

Gerelateerd nieuws

Een opblaasbare structuur die blijft staan zonder druk

Een opblaasbare structuur die blijft staan zonder druk (video)

Een team van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (Saes, VS) heeft een op origami geïnspireerd ontwerp ontwikkeld voor opblaasbare constructies die bljiven staan zonder constante…

Opnieuw Nederlandse finalist European Inventor Award

Nederlandse uitvinder stabiele loopplank in finale European Inventor Award (video)

De Nederlandse ingenieur, ondernemer en uitvinder Jan van der Tempel is genomineerd voor de European Inventor Award 2021. Hij is een van de finalisten in de categorie Industrie. Dat maakte het Europees Octrooibureau (EOB…

Eerste bewoner 3D-betongeprint huis in Eindhoven krijgt de sleutel

Eerste 3D-betongeprint huis in gebruik in Eindhoven (video)

De eerste huurder van de eerste Nederlandse woning van 3D-geprint beton heeft 30 april de sleutel gekregen. Het Eindhovense huis kent een geheel eigen vormgeving, dankzij uitgebreide R&D om de vormvrijheid van…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Nieuw! Deurgreepmodule PSENmlock van Pilz

Het veilig heksysteem PSENmlock is uitgebreid met een unieke deurgreepmodule.

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

10 mei 2021

Webinar KNAW: Techniek in je mobiele telefoon

Hoe krijg je al die techniek in een steeds dunner apparaat?

18 mei 2021, 18, 19 en 20 mei 2021

Machineveiligheid in vogelvlucht (online training)

18 mei 2021, online

The Battery Show & EV Tech Europe Digital Days

A conference and trade fair focused on keeping up with developments in the advanced battery and...

Meer agendapunten »