Mede mogelijk gemaakt door: Broadwick

Veruit de meeste van de zonnepanelen die we nu hebben zijn gebaseerd op zonnecellen van kristallijn silicium. Deze zijn relatief goedkoop en ze kunnen bijna een kwart van de invallende zonne-energie in stroom omzetten. Ondertussen wordt er ook al aan nieuwe type zonnecellen gewerkt, maar veel daarvan zijn nog erg duur om te maken. Dus tegelijkertijd wordt er gekeken hoe we de bestaande zonnecellen nog verder kunnen optimaliseren. Dat betekent: het rendement omhoog, zonder dat de productiekosten stijgen.

Hoe hoog kun je gaan?

Je hebt natuurlijk altijd te maken met een fundamentele limiet: wat er volgens de natuurwetten kan. Al het licht opvangen, dat ook weer uit verschillende soorten licht bestaat, kunnen de zonnecellen van nu niet. Theoretisch zou 30 procent moeten kunnen. Maar doe je dat met technieken die ook geschikt zijn voor massaproductie, dan kom je op zo'n 27 procent uit. Dat halen zonnecellen nog niet. Die zitten een stuk dichter bij de 20 procent.

Als je het rendement omhoog wilt krijgen, moet je vooral de verliezen beperken: het verlies van licht, maar ook het verlies van elektriciteit. Van de twee lagen die in een zonnecel zitten is de bovenste het belangrijkst en die moet aan drie eisen voldoen: hij moet transparant, geleidend en passiverend zijn. Dat laatste betekent: voorkomen dat de lading verloren gaat. De balans tussen die eigenschappen moet ook weer precies goed zijn.

Nieuwe formule

Nu heeft een Duitse onderzoeksgroep een nieuw recept gemaakt voor de toplaag. Eentje op basis van silicium nanokristallen, met een klein beetje koolstof. Ze combineren daarin weer 4 sublaagjes die worden gelegd met een techniek die al wordt gebruikt, dus dat scheelt. De groep behaalde mooie resultaten, maar snapte nog niet precies waarom en daarbij kon de TU Delft helpen.

Dankzij simulatiemodellen konden ze laten zien waarom het nou zo goed werkt. Ook konden ze aantonen dat het rendement met een beetje tweaken nog wat omhoog kan. Met het Duitse recept kwamen ze uit op 24 procent, maar het kan zelfs naar 26 procent. Eén procent onder de praktische limiet dus.

Combi-model

Het model van de TU Delft is niet alleen snel - binnen een paar minuten kunnen ze simuleren welke combinatie van eigenschappen het best werkt - het combineert ook nog eens twee verschillende kanten van het onderzoek. Voor het modelleren van zonnecellen heb je optische modellen en elektronen modellen en in Delft hebben ze die gecombineerd zodat je een nog beter beeld krijgt.

Om van 24 procent naar 26 procent rendement te gaan, moet er weer even in het lab worden gesleuteld. Ze kunnen daarvoor nog een keer goed gaan kijken naar het productieproces. Dus: hoe die nanokristallen worden gevormd. Dan heb je het bijvoorbeeld over de temperatuur waarmee ze worden gelegd, of de druk die daarbij wordt gebruikt. Die hebben allemaal invloed op hoeveel kristallen vormen en hoe ze er dan uitzien. En daarmee kan nog gespeeld worden om uiteindelijk die 26 procent rendement te halen]

In deze audio hoor je onderzoeker Rudi Santbergen van de TU Delft. Lees hier meer over het onderzoek: Simulaties TU Delft helpen rendement zonnecellen te optimaliseren. De paper vind je hier: A silicon carbide-based highly transparent passivating contact for crystalline silicon solar cells approaching efficiencies of 24%.

See omnystudio.com/listener for privacy information.