Oxford PV en Fraunhofer ISE onthullen perovskietzonnepaneel met 25,6 procent efficiëntie

Oxford PV was het eerste bedrijf ter wereld dat perovskiet-siliciumtandemtechnologie in industriële productie bracht. Samen met Fraunhofer ISE combineert het die tandemzonnecellen nu met de Matrix Shingle-verbindingstechnologie van het Duitse onderzoeksinstituut. Het resultaat zijn 2 varianten pv-modules.

Speciale afdichting
De eerste variant is een zonnepaneel voor dakgebonden pv-installaties met een vermogen van 491 wattpiek op een oppervlakte van 1,92 vierkante meter. De tweede variant is een bifacial zonnepaneel voor grootschalige grondgebonden pv-installaties. Deze pv-module heeft een vermogen van 546 wattpiek op 2,13 vierkante meter. Beide zonnepanelen hebben een efficiëntie van 25,6 procent. Het gaat om glas-glaszonnepanelen met een speciale afdichting aan de randen om de vochtgevoelige zonnecellen te beschermen.

‘We zijn verheugd dat we in dit zonnepaneel 2 hoogtechnologische Europese benaderingen kunnen combineren’, vertelt professor Stefan Glunz, divisiedirecteur pv bij Fraunhofer ISE. ‘Daarvoor hebben we de zonnecellen van Oxford PV in strips gezaagd, in een matrixstructuur gerangschikt, elektrisch verbonden met geleidende lijm en vervolgens ingekapseld.’

Perovskiet op silicium gestapeld
Bij een tandemzonnecel worden 2 verschillende soorten zonnecellen gecombineerd. Een perovskietlaag, slechts enkele honderden nanometer dun, wordt rechtstreeks via dunnefilmprocessen – een techniek waarbij materialen als uiterst dunne lagen worden aangebracht – op een silicium-heterojunctiezonnecel geplaatst. De perovskietlaag absorbeert het hogere-energiedeel van het zonlicht, terwijl het silicium de rest verwerkt.

Het gevolg: de theoretische efficiëntiegrens stijgt van 29,4 naar 43,3 procent, ver boven wat silicium alleen kan bereiken. Tandemzonnecellen genereren daarbij aanzienlijk hogere spanningen dan gewone zonnecellen, terwijl de stroom lager is doordat die verdeeld wordt over 2 subcellen.

Zonnecellen als dakpannen
Oxford PV heeft zijn productiefaciliteit in Brandenburg an der Havel in Duitsland, waar de perovskiet-siliciumtandemzonnecellen voor deze samenwerking vandaan komen. Bij de Matrix Shingle-technologie van Fraunhofer ISE worden de zonnecellen in strips gezaagd en vervolgens dakpansgewijs gerangschikt: overlappend en verspringend, als dakpannen op een dak. Zo bedekken de zonnecellen het volledige moduleoppervlak homogeen. De strips worden aaneengesloten met een 100 procent loodvrije, elektrisch geleidende lijm; koperverbinders zijn niet nodig.

‘Onze tandemtechnologie en de shingle-verbinding werken technologisch goed samen’, legt Ed Crossland, technisch directeur bij Oxford PV, toe. ‘Doordat de perovskiet-siliciumzonnecellen een lagere stroomdichtheid – ofwel minder elektrische stroom per oppervlakte-eenheid – hebben, kunnen ze in bredere strips worden gezaagd, wat de productiviteit verhoogt.’

Dubbel vermogen bij schaduw

Die lagere stroomdichtheid beperkt ook de elektrische verliezen in het zonnepaneel. Crossland: ‘Tegelijkertijd is de lijmverbinding van de Matrix Shingle-technologie een laagtemperatuurproces en vereist geen koperverbinders.’ Minder koper verlaagt productiekosten en vermindert mechanische spanning in de moduleconstructie.

Een conventioneel zonnepaneel verliest bij gedeeltelijke beschaduwing al snel een groot deel van zijn opbrengst. De Matrix Shingle-technologie is hier aanzienlijk robuuster: doordat de elektrische stroom in de matrixopstelling om beschaduwde zones heen kan stromen, genereert het zonnepaneel bij gedeeltelijke beschaduwing, afhankelijk van de mate ervan, volgens de 2 organisaties tot 2 keer meer vermogen dan een gangbaar zonnepaneel.