‘Nieuwe zonnecel maakt zonnepanelen beter dan ooit tevoren’

Geavanceerde modellering, uitgevoerd door onderzoekers van de TU Delft, speelde een cruciale rol bij het begrijpen en engineeren van de innovatie.

Gatencontactlaag
De nieuwe zonnecel is gemaakt van hetzelfde materiaal als 95 procent van alle huidige zonnecellen, maar presteert veel beter. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Energy.

Het rapport over deze doorbraak is het resultaat van samenwerking tussen LONGi, de Chinese Sun Yat-Sen University (SYSU) en de Technische Universiteit Delft (TU Delft). Het team optimaliseerde het ontwerp van de zonnecel door gebruik te maken van een sterk verbeterde nanokristallijn-silicium-gatencontactlaag. Zo'n nieuwe laag was al langer bekend als een theoretische mogelijkheid, maar werd nooit eerder succesvol in de praktijk gebracht.

Minder weerstand
Deze nieuwe laag zorgt voor minder weerstand in de geleiding van elektriciteit en dit resulteert in een hoger stroomomzettingsrendement dan alle andere soorten zonnecellen op basis van kristallijn-silicium. Onderzoekers van LONGi ontwikkelden deze nieuwe technologie op standaard- siliciumwafers van industriële kwaliteit, waardoor de technologie vrijwel onmiddellijk toepasbaar is bij de productie van zonnepanelen. De verbeterde prestaties van de zonnecel zijn volgens de onderzoekers significant in vergelijking met vorige technologieën, en dit zorgt voor een enorme stap vooruit in de omzettingsefficiëntie, van maar liefst 1,5 procent.’

‘Dit overtreft de prestaties van alle andere kristallijne silicium zonnecelstructuren tot nu toe, die meer dan 95 procent van de wereldwijd geproduceerde zonnecellen vertegenwoordigen’, aldus Xixiang Xu, vice-president van het LONGi Central R&D Institute.

Meer dan oppervlaktepassivering
Wetenschappers van SYSU hebben geanalyseerd en bestudeerd hoe elektriciteit precies door de nieuwe lagen stroomt. Het team keek naar de zonnecellen met deze lagen in vergelijking tot zonnecellen zonder deze lagen. Zij ontdekten dat de zonnecellen met de nieuwe lagen beter elektriciteit geleiden omdat zij een lage activeringsenergie hebben als zij precies goed zijn geplaatst. Zij onthulden dat het bulk-Augerproces steeds belangrijker wordt naarmate de oppervlakte-recombinatie afneemt in sterk gepassiveerde silicium-heterojunctiezonnecellen. Met andere woorden: de bereikte kwaliteit van de oppervlaktepassivering is zo groot dat de vulfactor en het omzettingsrendement kunnen worden verbeterd.

‘Onderzoek naar silicium gatcontactlagen met lage activeringsenergie is zeer actueel en uiterst belangrijk’, stelt Pingqi Gao, professor aan SYSU. ‘Ons werk vormt een grote vooruitgang in het onderzoek naar de elektrische prestaties van gatcontacten, wat gunstig is voor heterojuncties, hybriden en alle zonnecellen op basis van silicium. Het aantonen van deze zonnecelarchitectuur versnelt de energietransitie aanzienlijk, met de toepassing van efficiëntere pv-modules.’

Onwrikbaar vertrouwen
Onderzoekers van de TU Delft hebben met nieuwe modellen de energiebarrières op de interfaces – die de achterste verbinding van de LONGi-zonnecel vormen – gedetailleerd in kaart gebracht. Op deze manier kon het verzamelpad van gaten over de interfaces worden geanalyseerd, wat de uitstekende prestaties van het apparaat verklaart.

‘Het is geweldig om in echte apparaten – met een groot oppervlak – te kunnen zien wat we theoretisch hadden voorspeld als de beste combinatie van materiaaleigenschappen voor gat-contactlagen om ideaal gatentransport in dit soort zonnecellen te bereiken’, vertelt Paul Procel, postdoctoraal onderzoeker aan de TU Delft.

‘Het vakmanschap dat LONGi heeft bereikt bij het aanbrengen van ultradunne lagen met fijne controle over hun opto-elektrische eigenschappen is verbluffend. De modellering van hun zonnecellen verlegt de grens van wat we bedoelen met ideale kristallijne siliciumapparaten’, voegt Olindo Isabella, hoogleraar aan de TU Delft, toe.