TNO: nieuwe generatie zonnepanelen loopt zich warm in laboratoria

Dat stelt Wim Sinke, hoofdonderzoeker bij TNO en hoogleraar zonne-energie aan de Universiteit van Amsterdam.

Rendementsstijging
De onderzoeker benadrukt dat het rendement van zonnecellen en daarmee ook zonnepanelen al decennialang geleidelijk toeneemt. ‘Dat gebeurt niet met grote sprongen. Het is niet zo dat er ergens in een laboratorium een spectaculaire vondst wordt gedaan die direct doorvertaald kan worden naar een commercieel zonnepaneel met een hoger rendement. Maar alle kleine doorbraken en innovaties zorgen samen voor een robuuste trend van rendementsstijging.’

In de komende jaren zullen bestaande technologieën volgens Sinke steeds verder verbeterd worden. ‘Een recente innovatie is het tweezijdige zonnepaneel. Hierbij wordt de achterkant transparant gemaakt, zodat ook het licht dat op deze zijde van een zonnepaneel valt, omgezet kan worden in stroom. Afhankelijk van de omstandigheden leidt tot 10 à 20 procent extra stroomproductie. Ondanks dit soort innovaties komt het maximumrendement van commerciële zonnepanelen – zo’n 25 procent – steeds meer in zicht.’

Tandemzonnecellen
Dat betekent volgens Sinke niet het einde van de rendementsstijging. ‘De volgende generatie zonnepanelen loopt zich warm in de laboratoria. Deze zonnepanelen worden uitgerust met tandemzonnecellen; een combinatie van dunnefilm- en kristallijnsiliciumtechnologie. Het eerste doel voor TNO is om samen met onze partners te komen tot een commercieel zonnepaneel met een rendement van 30 procent. Op de langere termijn verwachten we niet 2, maar zelfs 3 of 4 materialen te kunnen stapelen en een zonnepaneel met 40 procent rendement tegen lage kosten te kunnen vervaardigen.

Arthur Weeber, programmamanager pv-technologieën bij TNO en hoogleraar aan de TU Delft, stelt dat zijn kennisinstituut anno 2021 op het wereldtoneel nog altijd een belangrijke bijdrage levert aan de ontwikkeling van zonnepanelen. ‘Ons onderzoek draagt bij aan het verhogen van het rendement en het verlagen van de kosten. Zo verbeteren we voor kristallijnsiliciumzonnecellen coatingtechnologieën en oppervlaktelagen met plasmadepositie en atoomlaagdepositie. Het kosteneffectief opschalen van technologie en het verhogen van het rendement van ongeveer 20 naar 25 procent – naar verwachting de limiet voor kosteneffectieve productie – is daarbij het hogere doel. Bij dunnefilmfolies ligt de nadruk naast het verbeteren van het rendement ook op het verbeteren van de stabiliteit van dit type zonnecellen door de ontwikkeling van nieuwe barrièrelagen.’

Perovskiet
En natuurlijk werkt TNO daarbij ook aan een nieuwe familie dunnefilmzonnecellen: perovskiet. ‘Waar kristallijnsiliciumzonnecellen tientallen jaren nodig hebben gehad om naar het huidige rendement toe te groeien, is voor perovskietzonnecellen in 10 jaar tijd het rendement gegroeid tot 25 procent’, duidt Weeber. ‘Voor een perovskietzonnepaneel is het recordrendement momenteel 18 procent. We verwachten dat met deze technologie grootschalige toepassing – tegen lage kosten – mogelijk is in de jaren na 2024-2025.’

Het onderzoek van TNO zal zich daarbij de komende jaren concentreren op opschaling, stabiliteit en moduletechnologie. Weeber besluit: ‘Het labrecord voor een tandemzonnecel met een toplaag van perovskiet en bodemcel van kristallijnsilicium ligt al op bijna 30 procent. Een zonnepaneel met een rendement van 30 procent komt dus écht in zicht.’

TNO heeft de ontwikkelingen waaraan de onderzoekers van de kennisinstellingen werken in kaart gebracht in de whitepaper ’Zonpositief: zonne-energie op weg naar impact.’ die hier te downloaden is.