‘Perovskiet zonnecellen maken beloftes nog niet waar in bewolkt Nederland’

De Nederlandse onderzoekers Wim Sinke en Albert Polman temperde in 2014 in een ingezonden brief op SolarMagazine.nl al eens eerder de verwachtingen ten aanzien van perovskietzonnecellen onder de titel ‘Heilige graal of hype?’ en de AMOLF-onderzoekers lijken dat nu eveneens te doen.

In een publicatie in ACS Energy Letters 2017 presenteren AMOLF-onderzoekers een model dat voorspelt hoe de volgende generatie zonnecellen daadwerkelijk presteert. De nieuwe typen zonnecellen zullen waarschijnlijk voor een deel perovskiet gebruiken. Op dit moment zijn de perovskieten bijna net zo efficiënt als conventionele siliciumzonnecellen na 60 jaar ontwikkeling. Aangezien perovskiet een ander deel van het zonnespectrum absorbeert dan silicium, zou een combinatie van beide materialen een groter deel van de uitgezonden zonne-energie moeten kunnen absorberen, en daarmee meer elektriciteit moeten kunnen genereren. Zonnecellen die deze 2 materialen combineren heten overigens ‘tandemcellen’.

Standaard worden zonnecellen getest onder omstandigheden die lijken op een zonnige dag op het noordelijk halfrond, met een gemiddelde temperatuur van 25 graden Celsius. In hun artikel beschrijven AMOLF-onderzoekers Moritz Futscher en Bruno Ehrler de verwachte opbrengst van 3 veelvoorkomende perovskiet- en siliciumcombinaties onder ‘meer realistische omstandigheden’. Ze gebruikten gemeten temperaturen, stralingssterktes en zonnespectra in zowel Utrecht als in het Amerikaanse Denver om de opbrengst van deze cellen te voorspellen in beide plaatsen.

In Nederland blijken de tandemcellen nauwelijks efficiënter te zijn dan de huidige conventionele siliciumcellen. Dat geldt zelfs voor cellen die gemaakt zijn van de beste perovskietzonnecellen en de beste siliciumcellen die op dit moment beschikbaar zijn. ‘Dit is een verrassend resultaat,’ zegt eerste auteur Moritz Futscher. ‘We dachten altijd al dat tandemcellen een lagere efficiëntie zouden hebben als er weinig licht op valt, maar dat het effect zo groot is, heeft ons wel verrast.’

Naast dit resultaat beschrijven de onderzoekers ook hoe de perovskiet bevattende cellen verbeterd zouden moeten worden om ze alsnog veel efficiënter te maken dan siliciumcellen. Hun model laat zien dat een verdere optimalisatie van de kwaliteit van het perovskiet, de elektrische contacten en het lichtmanagement in de gelaagde perovskiet/silicium-cellen, zou kunnen leiden tot een efficiëntieverbetering van wel 14 procent. ‘Gezien de snelle ontwikkelingen in het verleden, verwacht ik dat dit wel gaat lukken,’ zegt onderzoeksleider Bruno Ehrler. ‘Maar het vereist wel een aanzienlijke gezamenlijke en gerichte onderzoeksinspanning om de perovskieten te verbeteren.’