Nieuw record onderzoekers Solliance voor tandemzonnecel met perovskiet

Het betreft een zogenaamde tandemzonnecel waarbij verschillende zonnecellen op elkaar gestapeld zijn. De onderzoekers realiseerden een efficiëntie van 18,6 procent voor een zogenaamde hoog near infrared transparante perovskietzonnecel.

320 wattpiek per vierkante meter
Tandemtechnologie biedt volgens Solliance een realistische en aantrekkelijke route om de efficiëntie van commerciële zonnecellen en zonnepanelen te verhogen. Tandemzonnecellen bouwen sterk voort op bestaande technologieën, kennis en  ervaringen die al in de industrie beschikbaar zijn. Daarnaast kunnen 4-terminal (4T) perovskiet-kristallijn siliciumtandems breed worden toegepast en zijn ze bijvoorbeeld zeer voordelig in combinatie met bifaciale kristallijn siliciumzonnecellen die – afhankelijk van het actuele albedo; het weerkaatsingsvermogen – eenvoudig een totale stroomopwekkingsdichtheid bereiken van 320 wattpiek per vierkante meter.

Voor de nu gerealiseerde doorbraak werden de expertises in perovskiet-zonnecelverwerking en prestatie-optimalisatie van Solliance-partners TNO, imec / EnergyVille en TU/e gecombineerd om de perovskietzonnecel met een efficiëntie van 18,6 procent te ontwikkelen. De perovskiet-zonnecel op laboratoriumschaal heeft een afmeting van 9 vierkante millimeter. ‘Deze prestatie is bereikt door de opto-elektrische eigenschappen van de perovskietzonnecel af te stemmen op de optische eigenschappen van de onderste cel’, duidt Dong Zhang van TNO / Solliance. ‘Vervolgens hebben we de verliesfactoren in de configuratie met 4 terminals bepaald en deze stap voor stap geminimaliseerd. Ten slotte hebben we het lichtbeheer van het complete tandemapparaat geoptimaliseerd, met andere woorden: we hebben de lichtabsorptie in de tandemzonnecel gemaximaliseerd.’

Verschillende typen
Deze perovskietzonnecel werd gecombineerd met de volgende verschillende typen zonnecellen en zelfs met verschillende celtechnologieën, wat volgens Solliance de brede toepasbaarheid van de 4T-tandembenadering aantoont:

• met een prototype kristallijn silicium interdigitated back contact (ibc) silicium heterojunctie (shj)-zonnecel van Panasonic werd een record tandemrendement van 28,7 procent behaald
• met een commerciële kristallijn silicium metal wrap through (mwt) shj-zonnecel van Choshu Industry and Co (ontwikkeld door TNO) werd een tandemrendement van 28,2 procent behaald
• met een commerciële kristallijn silicium passivated emitter and rear contact (perc)-zonnecel van Solarlab Aiko Europe werd een tandemrendement van 27,7 procent behaald
• met een band gap geoptimaliseerde flexibele cigs-zonnecel van MiaSolé werd een record tandemefficiëntie van 27,0 procent gerealiseerd.

Al deze resultaten zijn volgens de onderzoekers absolute efficiëntieverbeteringen met meer dan 1,5 procent ten opzichte van eerdere records die zijn verkregen binnen de Solliance-samenwerking. ‘Deze resultaten vormen de basis voor de volgende fase in de ontwikkeling, waarin ook schaalvergroting van het gebied en de processen zijn opgenomen’, stelt Mehrdad Najafi van TNO / Solliance. ‘Momenteel worden goedkope opschalingsprocessen voor modules met een groot oppervlak en het behoud van dezelfde prestaties ontwikkeld door Solliance-partners TNO en imec / EnergyVille.’