Australische onderzoekers hebben een doorbraak bereikt in zonneceltechnologie. Met een slim molecuul tillen ze de efficiëntie van klassieke silicumzonnepanelen naar meer dan 30%. Daarbovenop gaan de panelen ook nog eens jaren langer mee.
Onderzoekers van de University of New South Wales (UNSW) in Sydney hebben een techniek ontwikkeld die de prestaties van zonnecellen aanzienlijk kan verbeteren. Waar commerciële panelen nu doorgaans 20 tot 25% efficiëntie halen, opent de nieuwe aanpak de deur naar meer dan 30%.
Volgens de studie, gepubliceerd in ACS Energy Letters, heeft de innovatie nog een extra voordeel: de panelen werken tot 2,4 °C koeler. Dat lijkt misschien weinig, maar het verlengt de levensduur gemiddeld met 4,5 jaar.
Meer stroom uit hetzelfde zonlicht
De techniek draait om een natuurkundig proces genaamd singlet fission. In standaard zonnecellen gaat veel energie uit blauw en groen licht verloren als warmte (thermalisation loss). Het team van UNSW vond een manier om die energie beter te benutten.
Door een extra laag van het molecuul dipyrrolonaphthyridinedione (DPND) bovenop het silicium te plaatsen, wordt één hoogenergetisch foton opgesplitst in twee excitonen. Beide sluiten perfect aan bij de bandgap van silicium, waardoor ze elk een elektron-gat-paar vormen. Het resultaat: meer stroom uit hetzelfde zonlicht, en minder warmteontwikkeling.
Stabiel en schaalbaar
Eerdere experimenten met singlet fission gebruikten tetraceen, een instabiel molecuul dat niet geschikt was voor massaproductie. De keuze voor DPND is daarom cruciaal. Het is fotostabiel, robuust en kan geïntegreerd worden in bestaande productieprocessen voor kristallijn silicium.
“Dit is een praktische route naar efficiëntere zonnecellen, zonder de hoge kosten en complexiteit van tandemtechnologie,” zegt professor Ned Ekins-Daukes, hoofd van UNSW’s School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering.
Ook nog eens goedkoper
Hogere efficiëntie vertaalt zich direct naar economische voordelen. Minder panelen zijn nodig om dezelfde capaciteit te halen, waardoor ook installatie, bekabeling en montagemateriaal goedkoper worden. Voor grootschalige zonneparken betekent dit bovendien minder ruimtebeslag.
Daarbij zorgt de koelere werking niet alleen voor een langere levensduur, maar ook voor betere prestaties tijdens de dagelijkse werking. Silicium verliest namelijk rendement zodra het te warm wordt – een bekend probleem in zonnige regio’s.
Beter dan tandemzonnecellen
Waar tandemzonnecellen vaak als de volgende grote stap worden gezien, kent die technologie een complexere architectuur en hogere kosten. De singlet fission-laag van UNSW kan daarentegen relatief eenvoudig worden toegevoegd aan bestaande siliciumtechnologie. Dat maakt de kans groter dat de innovatie sneller zijn weg vindt naar de markt.
Pilotproductie in zicht
Het UNSW-team heeft patent aangevraagd en werkt nu aan opschaling van de productie van DPND-moleculen. Dit moet de weg vrijmaken voor pilotlijnen bij zonnepaneelfabrikanten.
“We bewegen ons van fundamentele wetenschap naar praktische zonneproducten,” aldus Dr. Jessica Yajie Jiang van het onderzoeksteam. “De impact op industrie, investeerders en milieu kan groot zijn.”
Grootste sprong voorwaarts ooit
Mocht de techniek op grote schaal toepasbaar blijken, dan betekent dit een van de grootste efficiëntiesprongen voor siliciumzonnecellen sinds hun introductie. Een winst van 5 tot 10 procentpunten lijkt klein, maar vertaalt zich in miljarden euro’s besparing, een kleinere ecologische voetafdruk en een snellere energietransitie.
