Een veelgebruikte meetmethode voor zonnecellen blijkt vaak nét verkeerd te worden uitgevoerd. Volgens hoogleraar Jan Anton Koster van de Rijksuniversiteit Groningen kan dat ertoe leiden dat onderzoekers jarenlang verkeerde conclusies trekken. Zijn oplossing? Een verrassend eenvoudig experiment met slechts twee ledlampjes.
Wie een nieuwe zonnecel ontwikkelt, kijkt vaak als eerste naar het rendement. Maar volgens Jan Anton Koster, hoogleraar aan de Rijksuniversiteit Groningen, vertelt dat cijfer lang niet het hele verhaal. Juist de manier waarop onderzoekers hun zonnecellen analyseren, bepaalt of ze begrijpen waarom een ontwerp goed of juist slecht presteert. En daar gaat het volgens hem regelmatig mis.
Koster, die zichzelf gekscherend de ‘device doctor’ noemt, helpt onderzoeksgroepen wereldwijd bij het interpreteren van complexe meetgegevens. Zijn nieuwste inzichten kunnen een grote impact hebben op de ontwikkeling van efficiëntere zonnecellen, de bouwstenen van zonnepanelen.
Simpel experiment met grote impact
Samen met zijn onderzoeksteam ontwikkelde Koster een verrassend eenvoudige diagnostische methode. Door een zonnecel afzonderlijk te belichten met rood en blauw licht, wordt zichtbaar waar de grootste energieverliezen optreden. Dat kan diep in de actieve laag van de zonnecel zijn, maar ook op de overgangen tussen verschillende materiaallagen.
Voor onderzoekers is dat waardevolle informatie. Vooral bij veelbelovende materialen zoals perovskieten is het vaak lastig te achterhalen waarom een zonnecel achterblijft bij de verwachtingen. Met slechts twee ledlampjes kunnen die zwakke plekken nu veel gerichter worden opgespoord.
Volgens Koster zouden veel laboratoria deze eenvoudige test direct moeten toevoegen aan hun standaardmetingen. De benodigde apparatuur is goedkoop, terwijl de informatie die de meting oplevert juist zeer waardevol is.
Veelgebruikte meting vaak verkeerd uitgevoerd
Minstens zo opvallend is een tweede conclusie van het Groningse onderzoek. Een wereldwijd veelgebruikte techniek om zonnecellen te analyseren, de zogenoemde impedantiemeting, blijkt in veel gevallen onder de verkeerde omstandigheden te worden uitgevoerd.
Onderzoekers meten daarbij hoe elektrische lading zich door een zonnecel beweegt. Het idee is dat die meting inzicht geeft in de kwaliteit van het materiaal. Koster laat echter zien dat veel onderzoekers de meting uitvoeren bij een spanning waarbij goede en slechte zonnecellen vrijwel dezelfde uitkomst geven. De resultaten lijken daardoor informatief, maar zeggen in werkelijkheid vaak weinig over de prestaties van de zonnecel.
Door de meting zonder aangelegde spanning, maar juist mét belichting uit te voeren, ontstaat volgens zijn simulaties wel een betrouwbaar beeld van de processen die het rendement beperken.
Betere zonnecellen beginnen in het lab
De vraag naar efficiëntere zonnepanelen groeit wereldwijd, terwijl onderzoekers voortdurend op zoek zijn naar nieuwe materialen die goedkoper, duurzamer en krachtiger zijn dan de huidige siliciumtechnologie. Volgens Koster ligt de sleutel niet alleen in betere materialen, maar ook in betere meetmethoden.
“Je kunt pas iets verbeteren als je precies begrijpt waarom het nog niet goed werkt,” is de gedachte achter zijn onderzoek. Met slimme simulaties én verrassend eenvoudige experimenten hoopt hij onderzoekers wereldwijd beter gereedschap te geven om de volgende generatie zonnecellen sneller naar een hoger rendement te brengen.
Lees ook: Nieuwe zonnecel breekt belangrijke grens en brengt goedkope superpanelen dichterbij
