Perovskiet geldt al jaren als een veelbelovende opvolger van silicium in zonnepanelen. In het laboratorium zijn indrukwekkende rendementen bereikt, maar zodra onderzoekers de cellen groter maken, beginnen de problemen. Een Chinees onderzoeksteam lijkt nu een belangrijke stap te hebben gezet. Het bouwde perovskietpanelen op commercieel formaat met een gecertificeerd rendement van 22 procent. Nog interessanter: in een zonnepark leverden de panelen per geïnstalleerde watt meer elektriciteit dan moderne siliciumtechnologie.
De resultaten komen van onderzoekers van de Nanjing University en zonnecelproducent Renshine Solar. Hun onderzoek verscheen recent in Nature. De onderzoekers maakten een perovskietmodule van 1,2 bij 0,6 meter, goed voor een totaal oppervlak van 0,72 vierkante meter. Het paneel behaalde een stabiel uitgangsvermogen van 158,4 watt en een gecertificeerd rendement van 22,0 procent. Een kleinere module met een actief oppervlak van 810 vierkante centimeter kwam zelfs uit op 24,0 procent.
Dat zijn belangrijke cijfers, omdat rendement bij perovskiet lang niet het enige probleem is. Kleine zonnecellen maken in een gecontroleerd laboratorium is één ding. Een gelijkmatige laag aanbrengen over bijna een vierkante meter, in een proces dat uiteindelijk geschikt moet zijn voor een fabriek, is aanzienlijk lastiger.
Van wondermateriaal naar echt zonnepaneel
Perovskieten zijn een groep kristallijne materialen die licht bijzonder efficiënt kunnen omzetten in elektriciteit. Anders dan bij silicium kunnen de actieve lagen vanuit een vloeibare oplossing worden aangebracht. Dat opent de deur naar productieprocessen die minder energie vragen en potentieel goedkoper zijn. Juist bij die productie op grote oppervlakken ontstaan echter microscopische onvolkomenheden. Defecten aan het oppervlak van het kristal kunnen elektrische lading vasthouden. Een deel van de opgewekte energie gaat daardoor verloren.
Om zulke defecten te neutraliseren gebruiken onderzoekers doorgaans ammoniumhalogeniden. Op kleine zonnecellen werkt dat goed, maar op grote panelen wordt het lastig. De stoffen zijn gevoelig voor vocht en moeten daarom vaak onder een beschermende atmosfeer worden verwerkt. Bovendien blijkt het moeilijk om grote oppervlakken volledig gelijkmatig te behandelen. Volgens de onderzoekers vormt dat een belangrijk obstakel voor industriële productie. Het team uit Nanjing koos daarom voor een andere chemische aanpak.
Beschermlaag vormt zichzelf
De onderzoekers ontwikkelden eerst een mengsel van drie oplosmiddelen: 2 methoxyethanol, 1,3 dioxolaan en dimethylsulfoxide. In combinatie met een vacuümproces zorgt dit ervoor dat tijdens het vormen van de perovskietlaag vanzelf relatief veel formamidiniumjodide aan het oppervlak terechtkomt.
Daarna wordt het materiaal behandeld met loodcarboxylaten. In het Nature onderzoek wordt onder meer looddioleaat gebruikt. Deze verbindingen reageren met het voorbereide oppervlak en verminderen daar het aantal defecten. Tegelijk verbetert het transport van elektrische lading door de grenslaag. Het proces is bovendien beter geschikt om grote oppervlakken gelijkmatig te behandelen.
De winst wordt duidelijk bij versnelde verouderingstests. De modules werden gedurende 1.300 uur blootgesteld aan een temperatuur van 85 graden Celsius en een relatieve luchtvochtigheid van 85 procent. Panelen met de conventionele behandeling verloren daarbij 39 procent van hun oorspronkelijke rendement. Bij de nieuwe behandeling bleef het verlies beperkt tot ongeveer 2 procent.
Ook 300 temperatuurcycli tussen min 40 en 85 graden Celsius leverden volgens de onderzoekers vrijwel geen meetbaar rendementsverlies op. De modules doorstonden bovendien de volledige reeks betrouwbaarheidstests volgens IEC 61215. Nature omschrijft de prestaties als de hoogste die tot nu toe zijn gerapporteerd voor schaalbare perovskiettechnologie die geschikt is voor industriële productie.
Perovskiet tegen TOPCon
Misschien wel de interessantste proef vond niet in het laboratorium plaats, maar buiten. De onderzoekers installeerden een perovskietsysteem met een vermogen van 1 MW naast 3,5 MW aan kristallijne siliciumpanelen met TOPCon technologie. Vervolgens werd van maart tot en met mei 2026 bijgehouden hoeveel elektriciteit beide systemen per eenheid geïnstalleerd vermogen produceerden. De perovskietinstallatie kwam iedere maand als beste uit de bus. In maart bedroeg het voordeel 3,42 procent, in april 3,79 procent en in mei zelfs 5,81 procent.
Opvallend is dat het verschil groter werd toen de temperaturen en de hoeveelheid zonlicht toenamen. Dat is relevant voor zonneparken, omdat het nominale rendement van een paneel slechts een deel van het verhaal vertelt. De prestaties bij hoge temperaturen, wisselende instraling en echte weersomstandigheden bepalen uiteindelijk hoeveel kilowattuur een installatie gedurende zijn levensduur produceert.
De stap van 17,2 procent in eerder onderzoek van het team naar 22 procent op een paneel van 0,72 vierkante meter laat bovendien zien hoe snel de technologie opschuift richting praktische afmetingen. Toch is drie maanden buitengebruik nog geen bewijs dat perovskiet twintig of dertig jaar op een dak of in een zonnepark kan blijven liggen. Juist levensduur, grootschalige productie en langdurige stabiliteit blijven bepalend voor de vraag of het materiaal silicium daadwerkelijk op grote schaal kan uitdagen.
De Chinese proef maakt die vraag wel een stuk minder theoretisch. Perovskiet wordt hier niet alleen getest als piepkleine recordcel onder ideale laboratoriumomstandigheden, maar als een compleet paneel en zelfs als een installatie op megawattschaal. Daarmee verschuift de strijd langzaam van het laboratorium naar de plek waar het uiteindelijk telt: buiten, in de zon.
