TRANSPIRE maakt bifacial perovskietzonnepaneel en tandem klaar voor industriële productie

Het TRANSPIRE-project – dat staat voor TRANsitioning Scalable Photovoltaics with Industrially REliable perovskite module production – wordt geleid door Anurag Krishna, R&D-projectleider bij imec, het Belgische onderzoekscentrum voor nano-elektronica en digitale technologieën. Hij werkt al sinds 2012 met perovskiet, eerst in Singapore, later in Frankrijk en Zwitserland, waar hij samenwerkte met hoogleraar en pionier Michael Grätzel. ‘Daar werkten we aan kleine zonnecellen. Ik wilde de technologie opschalen, en imec/EnergyVille heeft daarvoor alle infrastructuur en tientallen jaren ervaring.’

Vlaggenschip

TRANSPIRE bouwt voort op een eerder Europees project, PERCISTAND, waarin imec zijn technologie bewees. Zo’n voorganger is een voorwaarde voor een Transition-subsidie van de European Innovation Council (EIC), bedoeld om een bewezen concept richting pilotschaal te brengen. TRANSPIRE kreeg bijna 2,5 miljoen euro en loopt van mei 2026 tot eind april 2029. Imec doet het zonder consortium. ‘imec is de enige begunstigde van het project, omdat het product voortbouwt op ons intellectuele eigendom en onze ervaring met het ontwikkelen van perovskietmodules.’

Metalen elektrode

Een perovskietzonnecel bestaat doorgaans uit dunne laagjes op glas, elk met een eigen functie, met bovenop een metalen elektrode. Dat metaal heeft 2 nadelen, legt Krishna uit. Het is ondoorzichtig, dus licht kan alleen via de glaskant binnenkomen. En onder invloed van licht en warmte kan het naar onderliggende lagen migreren en de zonnecel beschadigen. Zijn groep verving het daarom door een transparant geleidend oxide (tco). ‘Dat geleidt niet zo goed als metaal, maar wel goed genoeg om de zonnecel te laten werken. En nu heb je dubbele transparantie: licht kan van beide kanten komen.’

Ondergrond

Die dubbele transparantie maakt 2 producten mogelijk. Het eerste is een bifacial perovskietzonnepaneel, dat ook licht benut dat via de ondergrond, zoals een dak, terugkaatst naar de achterzijde. ‘Dat levert zo’n 5 tot 20 procent meer energieopbrengst op’, aldus Krishna. TRANSPIRE mikt op een pv-module van 30 bij 30 centimeter met minstens 22 procent rendement, waarbij de achterzijde minstens 95 procent zo goed presteert als de voorzijde.

Het tweede product is een vier-terminal tandem: perovskiet die op een siliciummodule wordt gestapeld, mechanisch verbonden maar elektrisch gescheiden; beide hebben 2 eigen aansluitingen. Perovskiet vangt vooral blauw en groen licht, silicium rood en infrarood. Silicium haalt bijvoorbeeld zo’n 25 procent rendement, perovskiet ongeveer 20 procent. Stapel je ze, dan is het niet de som van die 2, dus geen 45 procent, maar wel 30 tot 35 procent. Binnen TRANSPIRE is het doel minstens 32 procent.

Niche

De keuze voor deze 2 producten komt voort uit gesprekken met de markt, vertelt Krishna. ‘Persoonlijk geloof ik niet, en de industrie ook niet, dat perovskiet alleen kan concurreren met silicium. Daarom vechten we er niet tegen, maar combineren we beide.’ Dat loont, want de module is nog maar 20 tot 30 procent van de totale kosten van een zonnepark; installatie, grond en omvormers wegen zwaarder.

Krishna: ‘Heb je op hetzelfde oppervlak een paneel van 35 in plaats van 25 procent rendement, dan gaan je kosten overal omlaag. Dat wil niet zeggen dat ons eerste product, de module met alleen perovskiet, geen kansen heeft. Die is transparant en bifaciaal, en daardoor geschikt voor niches. Denk aan gebouwintegratie en aan agri-pv, met panelen boven landbouwgewassen. Dat laatste willen we in TRANSPIRE ook in de praktijk testen.’

Stabiliteit

Wat zijn de grote uitdagingen die binnen TRANSPIRE worden aangegaan? Krishna noemt allereerst de levensduur. Perovskiet presteert heel goed, maar gaat niet lang genoeg mee. ‘Als het rendement snel terugloopt, heb je er niets aan. Los je de stabiliteit niet op, dan kom je nooit tot commercialisering.’ Imec test de stabiliteit op 11 buitenlocaties, onder meer op Cyprus, in Griekenland en in het Amerikaanse Albuquerque. ‘We zijn een van de weinige teams ter wereld met jarenlange velddata.’ De tweede uitdaging is de productie zelf: veel modules in korte tijd maken, met zo min mogelijk uitval.

Defecten

Om perovskiet fabrieksrijp te maken, focust TRANSPIRE op 2 opgaven. De eerste zijn de productieprocessen: een combinatie van vacuümtechnieken, zoals sputteren en thermisch opdampen, en slot-die coating. Die moeten passen bij productie op megawatt- en gigawattschaal. De tweede is metrologie: meten tijdens de productie. Vooral bij het vormen van de perovskietlaag gaat het snel mis. Perovskiet is een zacht materiaal. Groei je het over een groter oppervlak, dan is de kans groot op defecten. Die kosten prestaties, maar waar in de productielijn ze ontstaan, is nog niet duidelijk. Krishna: ‘We onderzoeken daarom waar meetapparatuur moet komen, zoals foto-luminescentiemapping.’

Circulariteit

Circulariteit zit er vanaf het begin in. Anders dan silicium lost perovskiet op in gangbare oplosmiddelen. ‘Economisch draait het bij recycling vooral om het glas: de 2 glasplaten met daartussen folie zijn goed voor 50 tot 60 procent van de paneelkosten. De perovskietmaterialen zijn zo goedkoop dat terugwinnen nauwelijks loont. Wel moet het lood eruit. Ik denk dat er wat dat betreft ook een beperking van de overheid moet komen. Nu volgen we nog de oude regels voor siliciumpanelen.’

NOAK PV

Terwijl TRANSPIRE de technologie verder brengt en een blauwdruk voor de productie ontwikkelt, heeft NOAK PV, een nieuwe spin-off van imec en de Universiteit Hasselt (UHasselt), 5 miljoen euro opgehaald om de technologie naar industriële schaal te brengen. Het bedrijf gebruikt bestaande faciliteiten van EnergyVille in Genk om zich samen met productiepartners voor te bereiden op productie op gigawattschaal.

Vrijhandel

Waar zo’n gigafabriek uiteindelijk komt te staan, ligt nog open, aldus Krishna. Volgens hem is de ambitie om in elk geval een deel in België te produceren. Daarnaast kunnen ook andere locaties in Europa en daarbuiten in aanmerking komen. ‘We verkopen het als in Europa gemaakte technologie: onze R&D is van topniveau.’ Over wanneer zo’n fabriek er staat en de eerste serieuze perovskietproducten de markt veroveren, doet hij geen harde uitspraken.

Krishna: ‘De meeste voorspellingen uit het verleden bleken onjuist.’ Veel hangt volgens hem ook af van het beschikbare kapitaal. ‘Voor Europa is dit een goede kans op energieonafhankelijkheid en om de pv-productie terug te halen. Hoe dan ook, perovskiet gaat er komen. Het tempo waarmee we het afgelopen decennium hebben geleerd, is erg indrukwekkend.’