Siliciumloos zonnefolie levert 27% rendement

Een team van wetenschappers aan de Universiteit van Oxford heeft een methode ontwikkeld om grotere hoeveelheden zonne-energie op te wekken zonder gebruik te maken van silicium-gebaseerde zonnepanelen. In plaats daarvan kan een nieuwe, flexibele lichtabsorberende coating worden aangebracht op allerlei alledaagse objecten, van rugzakken en auto’s tot mobiele telefoons.

De onderzoekers hebben een techniek ontwikkeld waarmee voor het eerst een ultradun en flexibel lichtabsorberend materiaal kan worden toegepast op vrijwel elk oppervlak, van gebouwen tot alledaagse objecten. Deze technologie maakt gebruik van een multi-junction benadering, waarbij meerdere lichtabsorberende lagen in één enkele zonnecel worden gestapeld. Dit ontwerp stelt de zonnecel in staat een breder spectrum van het zonlicht te benutten, waardoor er meer energie kan worden opgewekt uit dezelfde hoeveelheid zonlicht.

Het resultaat is een materiaal dat niet alleen uitzonderlijk dun en flexibel is, maar ook een energie-efficiëntie van meer dan 27% behaalt. Dit maakt het materiaal even efficiënt als de traditionele silicium-gebaseerde zonnepanelen die momenteel de standaard zijn in de zonne-energie-industrie. Deze prestatie is onafhankelijk gecertificeerd door het Japanse Nationale Instituut voor Geavanceerde Industriële Wetenschappen en Technologie (AIST), een belangrijke bevestiging van de vooruitgang die in dit onderzoeksproject is geboekt. De officiële publicatie van deze bevindingen volgt later dit jaar.

Vijf jaar

In slechts vijf jaar tijd hebben de onderzoekers de efficiëntie van energieomzetting door hun multi-junction zonnecellen verhoogd van ongeveer 6% naar meer dan 27%. Dit resultaat nadert de theoretische grens van wat enkelvoudige fotovoltaïsche systemen kunnen bereiken. Dr. Shuaifeng Hu, Postdoctoraal Onderzoeker aan de Universiteit van Oxford, ziet nog meer potentieel: “We geloven dat deze benadering in de toekomst fotovoltaïsche apparaten in staat zal stellen om rendementen van meer dan 45% te behalen.”

De huidige generatie zonnepanelen haalt een energie-efficiëntie van ongeveer 22%, wat betekent dat ze slechts 22% van de zonne-energie kunnen omzetten in elektriciteit. Het nieuwe materiaal is niet alleen efficiënter, maar ook veel veelzijdiger. Met een dikte van slechts één micron, bijna 150 keer dunner dan een silicium wafer, kan dit materiaal op vrijwel elk oppervlak worden aangebracht. In tegenstelling tot traditionele fotovoltaïsche cellen, die afhankelijk zijn van zware en stugge silicium panelen, biedt dit materiaal een flexibele en lichte oplossing.

Dr. Junke Wang, Marie Skłodowska Curie Actions Postdoc Fellow aan de Universiteit van Oxford, benadrukt de voordelen van deze nieuwe technologie: “Door nieuwe materialen te gebruiken die als een coating kunnen worden aangebracht, hebben we laten zien dat we niet alleen silicium kunnen evenaren, maar ook kunnen overtreffen, terwijl we ook de flexibiliteit vergroten. Dit is cruciaal, want het betekent dat we meer zonne-energie kunnen opwekken zonder de noodzaak van grootschalige zonneparken of dure silicium panelen.”

Kostenverlaging

De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat deze aanpak de kosten van zonne-energie verder zal verlagen en het tot de meest duurzame vorm van hernieuwbare energie zal maken. Sinds 2010 zijn de wereldwijde gemiddelde kosten van zonne-energie met bijna 90% gedaald, wat het aanzienlijk goedkoper maakt dan energie uit fossiele brandstoffen. Innovaties zoals dunnefilmperovskiet kunnen deze trend verder versterken door de afhankelijkheid van silicium panelen en speciaal gebouwde zonneparken te verminderen.

Dr. Wang schetst een toekomst waarin perovskietcoatings kunnen worden toegepast op allerlei oppervlakken om goedkope zonne-energie op te wekken: “We kunnen ons voorstellen dat perovskietcoatings op een breed scala aan oppervlakken worden aangebracht, zoals de daken van auto’s en gebouwen, en zelfs de achterkant van mobiele telefoons. Als we meer zonne-energie op deze manier kunnen genereren, kunnen we in de toekomst minder afhankelijk worden van silicium panelen en hoeven we minder nieuwe zonneparken te bouwen.”

Het onderzoeksteam van 40 wetenschappers, onder leiding van Professor Hernieuwbare Energie Henry Snaith, werkt al meer dan tien jaar aan de ontwikkeling van fotovoltaïsche technologie, met een bijzondere focus op dunnefilmperovskiet. Hun werk heeft al geleid tot concrete toepassingen in de nutssector, de bouw en de auto-industrie, en hun inspanningen worden ondersteund door een speciaal ontworpen robotisch laboratorium.

Commercieel

De commerciële potentie van deze technologie is enorm. Oxford PV, een bedrijf dat in 2010 werd opgericht door Professor Snaith om perovskiet fotovoltaïsche technologie te commercialiseren, is onlangs begonnen met grootschalige productie in zijn fabriek nabij Berlijn, Duitsland. Dit is de eerste fabriek ter wereld die op commerciële schaal ‘perovskiet-op-silicium’ tandemzonnecellen produceert.

Hoewel het bedrijf aanvankelijk overwoog om de productie in het Verenigd Koninkrijk te starten, heeft het gekozen voor Duitsland vanwege de gunstiger fiscale en commerciële voorwaarden.