Wetenschappers hebben een zonnepaneel ontwikkeld dat maar liefst 33 procent van het zonlicht omzet in elektriciteit. Dankzij een slimme doorbraak met perovskiet-silicium tandemcellen komt massaproductie van super-efficiënte zonnepanelen ineens een stuk dichterbij.
Zonne-energie is de snelst groeiende energiebron ter wereld, maar de klassieke siliciumzonnecel zit bijna aan zijn plafond. De meest geavanceerde panelen halen net geen 30 procent efficiëntie, en veel meer wordt het niet.
Volgens de studie, gepubliceerd in Science, hebben onderzoekers nu een manier gevonden om dat maximum te doorbreken. Hun tandemzonnecel, een combinatie van silicium en een extra perovskietlaag, behaalde een recordrendement van 33,1 procent.
Perovskiet maakt belofte waar
Perovskiet is de grote belofte in zonne-energie: een relatief goedkoop materiaal dat extra delen van het zonnespectrum kan benutten. In combinatie met silicium ontstaat een zogenoemde tandemcel die veel meer licht opvangt.
Tot nu toe was er echter een probleem. Voor grootschalige productie is getextureerd silicium nodig, met piramidevormige structuren die meer licht vangen. Maar juist die ruwe ondergrond maakte het onmogelijk om de perovskietlaag egaal en zonder defecten aan te brengen.
Een internationaal onderzoeksteam, met onder meer Fraunhofer ISE en KAUST, heeft dat obstakel nu overwonnen. Door 1,3-diaminopropaan dihydroiodide te deponeren op de perovskietlaag, lukte het om de cel effectief te passiveren – en zo energieverlies te voorkomen.
Onverwachte doorbraak
Passivatie is in de zonnecelwereld een bekende techniek om oppervlaktedefecten te neutraliseren. Maar in dit onderzoek ontdekten de wetenschappers iets bijzonders: in silicium werkt passivatie alleen op het oppervlak, terwijl het in perovskiet de hele absorberlaag beïnvloedt.
Dit zogenoemde diepte-effect verbeterde de geleidbaarheid en verhoogde de vulfactor, wat leidde tot het recordrendement. “Dit inzicht vormt de basis voor alle toekomstige tandemonderzoeken,” zegt prof. Stefaan De Wolf van KAUST.
Massaproductie plots dichtbij
Omdat de doorbraak is behaald met getextureerd silicium – de standaard in de industrie – komt commerciële toepassing ineens veel dichterbij. Daarmee wordt de overstap van lab naar fabriek een reëel scenario.
“Passivatie is geen luxe, maar essentieel voor efficiëntie en stabiliteit,” benadrukt prof. Stefan Glunz (Universiteit van Freiburg en Fraunhofer ISE). De resultaten bouwen voort op projecten als MaNiTU, PrEsto en Perle, ondersteund door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Energie.
Gevolgen voor de energietransitie
Met zonnepanelen die ruim 33 procent efficiënt zijn, kan dezelfde dak- of parkoppervlakte veel meer stroom leveren. Dat betekent lagere kosten per kilowattuur, snellere terugverdientijden en een kleinere voetafdruk voor zonneparken.
Als deze tandemtechnologie op de markt komt, kan zonne-energie nog sneller de dominante energiebron van de toekomst worden. Silicium heeft de basis gelegd, maar de echte sprong vooruit komt met perovskiet-tandemcellen.
