TU Delft: ‘De volgende generatie: zonnecellen als bouwmateriaal’

Ze zijn bijvoorbeeld verwerkt in de stof van een rugzak en laden laptops op terwijl men loopt. Of een jas bestaat deels uit zonnecellen waardoor de batterij van telefoons het veel langer volhoudt.

Wetenschappers van de TU Delft werken aan een nieuwe generatie flexibele zonnecellen. Daardoor kan men ze vrijwel overal in gebruiken. In kleding of in bouwmaterialen bijvoorbeeld. ‘Het is de volgende stap: zonnecellen worden niet alleen meer aangebracht op materialen, maar maken er onderdeel vanuit. Bijvoorbeeld door ze te verweven in stoffen of ze te gebruiken als gevel van een gebouw. Het bouwmateriaal zorgt niet alleen voor een stevige constructie, maar levert dan ook energie’, zegt assistent professor Olindo Isabella van de groep Photovoltaic Materials and Devices aan de TU Delft.

Het zorgt voor veel meer mogelijkheden, volgens de onderzoeker. ‘Er is in de toekomst een energiemix waarin onder meer getijdenstroom, warmtekrachtpompen en wind- en zonne-energie een grote rol spelen. Door het onderzoek naar flexibele, betaalbare en toch efficiënte zonnecellen krijgt zonne-energie daarin de overhand, verwacht ik. De zonnecellen van de toekomst kun je vrijwel overal gebruiken en zijn zeer efficiënt.’

Waar en hoe ze straks worden gebruikt is het werk van ontwerpers. Zij bedenken straks de producten en zijn afhankelijk van wat wetenschappers, zoals Isabella, momenteel ontwikkelen. ‘Wij kijken nu naar varianten die betrouwbaar zijn en aangebracht worden op flexibel substraten. Zodat je ze kunt buigen zonder dat ze breken en ze genoeg elektriciteit opwekken.’

Isabella onderzoekt daarvoor het nieuwe materiaal barium disilicide. ‘Het is veelbelovend omdat het meer zonlicht absorbeert, dan het veel duurdere gallium arsenide. We verwachten een hoge efficiëntie te behalen van 20 procent. Bovendien kan het relatief goedkoop gemaakt worden.’

Er zijn alternatieve materialen die licht absorberen, geeft Isabella aan. Maar die zijn in zijn ogen minder geschikt voor buigbare en flexibele toepassingen. ‘Zoals kristallijn silicium dat weliswaar een hogere efficiëntie (red. potentieel meer dan 27 procent) heeft, maar niet zo buigbaar is als kledingstof. Er zijn ook andere dunne filmvarianten. Maar die zijn erg duur, niet stabiel of hebben een lage efficiëntie.’

Het aantrekkelijke van barium disilicide is volgens Isabella dat het eenvoudig op grote schaal gefabriceerd kan worden. ‘We gebruiken daarbij een bewezen techniek, die ook is toegepast om platte displays te maken. Deze technologie werkt goed en is op grote schaal in te zetten. Ik vind dat zeer waardevol, omdat we slim gebruik maken van bestaande kennis bij de productie. We bouwen daarop voort. Dat is ook nodig, want om nu op de zonnecellenmarkt te komen, moet je een aantrekkelijke prijs hanteren en op grote schaal fabriceren.’

Isabella kwam barium disilicide op het spoor, toen hij in een publicatie over Japans onderzoek las over het materiaal. ‘Ik viel van mijn stoel, zo verrast was ik. Het materiaal heeft uitstekende eigenschappen, omdat het zonlicht goed absorbeert en het geschikt is voor flexibele toepassingen. Maar we moeten nog wel meer onderzoek doen. We kijken bijvoorbeeld naar de invloed van zuurstof. Barium bindt zich daar graag aan en dat willen we niet. Daarom brengen we dunne laagjes aan om oxidatie tegen te gaan.’