Onderzoekers imo-imomec verbeteren rendement dunne-film zonnecellen

Wetenschappers van imo-imomec, een gemeenschappelijk onderzoeksinstituut van de Universiteit Hasselt en imec, hebben internationale records gevestigd bij onderzoek naar verschillende types dunne filmzonnecellen. Een team onderzoekers wist het rendement van een zonnecel op basis van een nieuw anorganisch materiaal op te krikken tot 9,7 procent. Op een hybride zonnecel van nieuw anorganisch/organisch materiaal werd zelfs een rendement gehaald van 10,8 procent. 'Efficiëntie-records van wereldniveau, die ons een stap dichter brengen bij een markt met goedkopere, kwaliteitsvolle zonnecellen', zegt prof. dr. Dirk Vanderzande, directeur van imo-imomec. Daarnaast werd ook een belangrijke doorbraak gerealiseerd in de ontwikkeling van ‘zonnecelramen’.

Dunne film zonnecellen worden gemaakt op basis van organische (polymeren en koolstof) of anorganische materialen. Ze zijn honderd tot zelfs duizend keer dunner dan de klassieke zonnecellen uit silicium, uiterst flexibel (oprol- en plooibaar) én te gebruiken op uiteenlopende ondergronden (van papier tot textiel). Organische dunne filmzonnecellen zijn bovendien transparant en te verkrijgen in verschillende kleuren. Een belangrijk nadeel van deze nieuwste generatie zonnecellen is echter het beperkte rendement. De uiteindelijke opzet van het imo-imomec-onderzoeksteam – een onderzoek dat eveneens kadert in het grensoverschrijdend samenwerkingsverband Solliance – is dan ook een veilige, goedkope dunne filmzonnecel met een hoog rendement.

In het domein van de anorganische dunne-film zonnecellen heeft imo-imomec intussen een belangrijke stap in dat verband gezet. Dr. Marc Meuris: 'Anorganische dunne-film zonnecellen worden op dit ogenblik gemaakt van twee materiaalcombinaties: cadmium telluride (CdTe) of koper indium gallium selenide (CIGS). Maar cadmium is erg giftig, terwijl indium en gallium relatief schaars zijn. Je zit met andere woorden met materialen die ofwel ongezond zijn, ofwel – bij gebruik op grote schaal – bijzonder duur kunnen worden.'

Imo-imomec richtte zich op een alternatief anorganisch materiaal uit koper, zink, tin, zwavel en selenium. Stoffen die veilig zijn en die – op selenium na – relatief veel voorkomen. “Wij ontwikkelden een zonnecel van koper, zink, tin en selenium (CZTSe) die 9,7 procent van de lichtenergie omzette in elektriciteit”, aldus dr. Meuris.
Nergens in Europa werd met een dunne-film zonnecel op basis van hetzelfde materiaal een hoger rendement gehaald. Imo-imomec schaart zich met een efficiëntie van 9,7 procent bovendien in de mondiale topdrie. Aan de top staat IBM, dat een zonnecel van koper, zink, tin, zwavel en selenium ontwikkelde die een rendement van elf procent behaalde. “De techniek die IBM gebruikte om die dunne laagjes materiaal aan te brengen op de zonnecel zorgt weliswaar voor een hoger rendement, maar is buitengewoon moeilijk toe te passen op grote schaal', zegt dr. Meuris. 'Onze techniek wordt echter al gebruikt voor het produceren van zonnepanelen met koper indium gallium selenide – en heeft zijn schaalbaarheid dus wél al bewezen.'

Het doel van de onderzoekers is nu om binnen de drie jaar het rendement van de zonnecel uit koper, zink, tin, zwavel en selenium verder op te krikken tot vijftien procent.