‘Tipping point voor commerciële perovskiet zonnepanelen’

Daarbij klinken met regelmaat optimistische voorspellingen over het naar de markt brengen van concrete producten, en die worden ook aangekondigd op de korte termijn. In de schappen van de groothandels is er desondanks nog niet 1 perovskiet zonnepaneel te bekennen. Wanneer kunnen we dit historische feit vieren?

René Janssen – hoogleraar aan de faculteiten Chemical Engineering and Chemistry en Applied Physics van de Technische Universiteit Eindhoven – haalde onlangs een subsidie van 3 miljoen euro binnen bij de European Research Council (ERC). Dat geld wordt besteed aan de ontwikkeling van perovskiet zonnecellen met een efficiëntie van 40 procent, een ongekend rendement dus. Dit soort grote getallen zijn inherent verbonden aan de grote belofte van perovskiet. Janssen relativeert die echter direct.

Dromen
‘Perovskiet-research ontwikkelt zich snel, maar we dromen nog van de eerste echte toepassing, zo ook in ons project’, vertelt Janssen. ‘We bouwen voort op eerder onderzoek naar het stapelen van zonnecellen met organische halfgeleiders. Nu gaan we dat doen met perovskiet zonnecellen, 3 of wel 4. Die krijgen ieder hun eigen ontwerp, zodanig dat ze gevoelig zijn voor een specifiek deel van het zonlichtspectrum. De bovenste cellen absorberen alleen het blauwe gedeelte van het spectrum, de onderste juist het infrarood. Zo worden de beschikbare fotonen maximaal omgezet in stroom. Dat is het idee. Maar die 40 procent is nog ver weg. We werken ernaartoe, allereerst in het laboratorium. En of en wanneer het leidt tot een commercieel product is weer iets geheel anders.’

Bijvangst
Perovskieten staan nu zo ongeveer een decennium in de volle belangstelling van zonne-energiebedrijven en -onderzoekers. Maar de ontdekking van het materiaal perovskiet – vernoemd naar mineraloog en graaf Lev Perovksi – stamt al uit 1839. De kristalstructuren en samenstellingen maken sommige perovskieten tot halfgeleiders. Daardoor kunnen ze, en dat is belangrijke bijvangst, tevens worden gebruikt om zonnecellen van te maken. Dat is voor het eerst aangetoond in 2009. In de zonnecel is slechts een dunne laag nodig. Het materiaal is ruim voorhanden. De productieprocessen – uit een oplossing of via opdampen in vacuüm, of een hybride vorm – zijn in principe eenvoudig.

Hoger niveau
Janssen: ‘Het onderzoek naar perovskiet kent 2 hoofdaspecten. De efficiëntie moet omhoog, en die ziet er inmiddels goed uit. Naast single juncties is de toepassing in tandems, bijvoorbeeld de combinatie met kristallijn silicium, enorm kansrijk. Het rendement van siliciumzonnecellen nadert zijn limiet. Theoretisch is dat 33 procent, in de praktijk waarschijnlijk zo’n 29 procent, we zitten nu al op zo’n 26,8 procent in het lab. Door er een laag perovskiet zonnecellen op te leggen, kunnen we een enorme stap zetten, en de technologie echt naar een hoger niveau tillen.

Gevoelig
Dunne, flexibele zonnepanelen, vrij in vorm en op iedere gewenste afmeting. Dat is een van de perspectieven die perovskiet biedt. Met 1 micrometer is een perovskiet zonnecellaag extreem dun. Janssen noemt echter ook de uitdagingen. Het opschakelen naar kostenefficiënte productie is niet gemakkelijk. Perovskiet is onder andere gevoelig voor zuurstof en water; er zijn nog grote uitdagingen op het gebied van inpakken van de zonnecellen. Het maken van de nodige transparante oxidische contacten is niet eenvoudig. Er is nog veel winst te behalen op het gebied van de stabiliteit van het materiaal.

Haalbaarheid en betaalbaarheid
‘Ik zie al met al met name kansen in meerlaagstoepassingen om zo het rendement van modules te verhogen’, zegt Janssen. ‘Maar dit is tevens complexe materie. Ook hierbij draait het onder de streep om haalbaarheid en betaalbaarheid. Het afstemmen van de verschillende lagen bijvoorbeeld is niet gemakkelijk. Is er echt significant kostenvoordeel te behalen? Is de markt klaar voor die producten? Hoe zit het met de productieveiligheid, bijvoorbeeld wat betreft werken met oplosmiddelen? Er zijn dus nog vele vragen te beantwoorden en er moet nog heel veel werk worden verzet.’

Lees het volledige artikel hieronder in de september 2023-editie van Solar Magazine.