Onderzoekers uit Hongkong hebben een recordrendement behaald met transparante zonnecellen. Dankzij een slimme nieuwe analysemethode komen ramen die energie kunnen opwekken een flinke stap dichter bij commerciële toepassing.
De droom van ramen die niet alleen zonlicht doorlaten, maar ook elektriciteit opwekken, lijkt eindelijk werkelijkheid te worden. Onderzoekers van de Hong Kong Polytechnic University (PolyU) hebben een doorbraak bereikt in de ontwikkeling van semi-transparante organische zonnecellen (ST-OPV’s).
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature Communications, introduceerde het team een geheel nieuwe manier om de prestaties van zonnecelmaterialen te beoordelen. Die innovatie leidde tot het hoogste lichtbenuttingrendement ooit gemeten voor transparante zonnecellen, en maakt commerciële inzet voor het eerst ook écht realistisch.
Recordrendement
De doorbraak draait om een nieuwe parameter genaamd FoMLUE (Figure of Merit for Light Utilization Efficiency), ontwikkeld door professor Li Gang en onderzoeker dr. Yu Jiangsheng. Deze dimensieloze grootheid meet hoe goed verschillende zonnecelmaterialen presteren door drie factoren te combineren: lichtdoorlatendheid, bandgap en stroomdichtheid.
Met FoMLUE konden de onderzoekers snel bepalen welke materiaalcombinaties de beste balans boden tussen transparantie en energie-efficiëntie — dé heilige graal van zonneglas. De ST-OPV’s met de hoogste FoMLUE-scores haalden een recordrendement van 6,05 procent, het hoogste ooit gerapporteerd voor semi-transparante zonnecellen.
Daarnaast bleken ze beter bestand tegen warmte, en stabieler in langdurige werking. Belangrijke voorwaarden voor grootschalige toepassing in gebouwen.
Energie opwekken via glas
ST-OPV’s zijn bijzonder interessant voor building-integrated photovoltaics (BIPV): zonnepanelen die in gevels of ramen worden geïntegreerd. Dankzij hun lage productiekosten, milieuvriendelijke samenstelling en natuurlijke kleurweergave kunnen ze worden toegepast zonder afbreuk te doen aan het ontwerp van moderne gebouwen.
“Zonnevensters bieden nieuwe mogelijkheden voor duurzame energie in gebouwen, voertuigen en landbouwkassen,” zegt Li. “Onze resultaten tonen aan dat transparante zonnecellen energiezuinigheid en esthetiek kunnen combineren, zonder concessies aan architectonische integriteit.”
Reeds getest in 371 steden
Het PolyU-team onderzocht ook hoe locatie de prestaties van zonnevensters beïnvloedt. Met een transient simulatiemodel testten ze de energieopbrengst van ST-OPV-ramen in 371 Chinese steden.
De resultaten zijn veelbelovend: in meer dan 90 procent van de steden trad een meetbare energiebesparing op. Gebieden met hete zomers en milde winters behaalden de beste resultaten, met een jaarlijkse energiebesparing tot 1,43 GJ per vierkante meter.
Deze geografische analyse toont aan dat transparante zonnecellen bijzonder geschikt zijn voor tropische en subtropische klimaten, waar airconditioning een groot deel van het energieverbruik bepaalt.
Klaar voor commerciële stap
De volgende uitdaging ligt in het verhogen van de levensduur en het opschalen naar grote glasmodules. Toch zien de onderzoekers de toekomst met vertrouwen tegemoet.
“Onze bevindingen benadrukken de multifunctionaliteit en geografische aanpasbaarheid van ST-OPV’s,” aldus Li. “Ze tonen een veelbelovende commerciële toekomst als kerntechnologie voor duurzame, energiezuinige gebouwen.”
Met het recordrendement op zak en de FoMLUE-methode als nieuw standaardinstrument, lijkt de stap van laboratorium naar gebouwgevel dichterbij dan ooit.
