TNO en TU Eindhoven vestigen 2 wereldrecords voor tandemzonnecel met perovskiet

‘Door de tandemzonnecellen verder te perfectioneren, denken we binnen afzienbare tijd de grens van 30 procent te overschrijden, en percentages tot 35 procent zijn door slimme combinaties van materialen en processen haalbaar’, aldus onderzoeker Gianluca Coletti van TNO. ‘Het bedrijfsleven staat te trappelen om met ons aan de slag te gaan om de technologie die we hebben ontwikkeld in hun producten te verwerken. Daar doen we het ook voor. Een wereldrecord is mooi, maar het gaat erom dat deze zonnecellen straks grootschalig energie opwekken op daken van bedrijfsgebouwen, in gevels, wegdekken, in zonneparken of wat ook maar voorhanden is.’

Grenzen van de natuurkunde
De nieuwe records hingen al in de lucht, maar het was volgens Coletti toch erg spannend of wat de specialist had bedacht concreet tot dit resultaat zou leiden. ‘We zijn constant in gevecht om de grenzen van de natuurkunde op te zoeken. Wat jaren geleden voor onmogelijk werd gehouden, maken we vandaag mogelijk tegen marktconforme kosten. Het geeft veel voldoening theoretische limieten in de praktijk te maken. Vervolgens gaat het erom dat het bedrijfsleven hiervan een rendabel product weet te maken en het op grote schaal wordt verwerkt in pv-modules.’

Stapelen tot tandem
Het geheim achter de nu behaalde resultaten is het stapelen van verschillende typen zonnecellen tot een zogeheten tandemzonnecel. Zo’n 90 procent van alle zonnepanelen wereldwijd bestaat vandaag de dag uit kristallijn siliciumzonnecellen. Het rendement van dit materiaal is deze eeuw al verdubbeld tot ruim 20 procent, terwijl de kosten enorm zijn gedaald.

Naast kristallijn silicium is perovskiet als basismateriaal voor zonnecellen in opkomst. Binnen het onderzoeksconsortium Solliance, opgezet door TNO en het Belgische imec, hebben experts van TNO en TU/e samen met het bedrijfsleven een tandemzonnecel gebouwd waarin silicium- en perovskietzonnecellen zijn gecombineerd. Dat leverde het record op van 29,2 procent. ‘Dat niveau was nog nooit vertoond’, aldus Coletti.

Van 200 naar 300 wattpiek
Het huidige rendement van gangbare zonnepanelen bedraagt ruwweg ruim 200 wattpiek per vierkante meter. Door de inzet van tandemtechnologie is dat op te voeren tot boven de 300 wattpiek, een toename van 50 procent. Zulke hoge opbrengsten maken het volgens Coletti bovendien handiger zonnecellen te integreren in bouwelementen, zodat veel meer bestaand oppervlak is te benutten. Omdat ze ook zo kunnen worden gemaakt dat ze tweezijdig werken, ze vangen zowel aan de voor-als achterkant zonlicht op, zijn ze in grote systemen en in elke richting te plaatsen.

‘Door het rendement per vierkante meter op te voeren, gaat ook de kostprijs van het hele zonnestroomsysteem omlaag. Het mes snijdt aan 2 kanten. We werken doorlopend aan een hoger rendement van de zonnemodule en aan grotere schaalbaarheid voor industrieel gebruik. In het lab zitten we met bijna 30 procent rendement op een oppervlak van een paar vierkante millimeter. Dat formaat moet naar vierkante meters met hetzelfde resultaat. Dan wordt het interessant voor het bedrijfsleven. Dat opschalen is voor ons een continu proces.’