Perovskiet-zonnecellen komen een belangrijke stap dichter bij commerciële toepassing. Onderzoekers van de Australische UNSW Sydney hebben samen met technologiebedrijf UtmoLight een recordrendement van 23,5 procent behaald met een zonnecelmodule van 30 bij 30 centimeter. Vooral de manier waarop dat resultaat is bereikt, maakt de doorbraak interessant.
Perovskiet geldt al jaren als een veelbelovende opvolger of aanvulling op silicium in zonnepanelen. In laboratoria behalen zonnecellen van dit materiaal indrukwekkende rendementen, maar bij grotere oppervlakken dalen de prestaties vaak aanzienlijk.
Onderzoekers onder leiding van professor Xiaojing Hao hebben nu aangetoond dat die kloof kleiner kan worden. Hun perovskiet-submodule heeft een actief meetoppervlak van 676 cm² en behaalt een onafhankelijk gecertificeerd, gestabiliseerd rendement van 23,5 procent. Daarmee verbeteren ze het vorige record met 0,6 procentpunt.
Doorbraak zit niet alleen in het rendement
Opvallend is dat de onderzoekers het record bereikten zonder een conventionele laag nikkeloxide. Die wordt normaal gesproken gebruikt om elektrische kortsluiting te voorkomen en de afvoer van positieve ladingsdragers mogelijk te maken.
Nikkeloxide heeft echter een belangrijk nadeel: het kan ongewenste chemische reacties aangaan met perovskiet, waardoor de stabiliteit achteruitgaat. Het team ontwikkelde daarom een alternatieve productiemethode waarbij tijdens de fabricage rechtstreeks een contact ontstaat dat positieve ladingsdragers selectief doorlaat. Dat maakt een afzonderlijke nikkeloxidelaag overbodig. Minder processtappen kunnen bovendien de productiekosten verlagen en het risico op fabricagefouten verminderen.
Waarom grotere zonnecellen zo lastig zijn
Het opschalen van perovskiet is een van de grootste uitdagingen voor de zonne-energiesector. Op een laboratoriumcel van één vierkante centimeter zijn de kristalstructuur en laagdikte relatief eenvoudig te beheersen.
Bij grotere oppervlakken ontstaan sneller onregelmatigheden, microscopische defecten en elektrische verliezen. Zelfs kleine afwijkingen kunnen het rendement van een complete module beïnvloeden.
De samenwerking met UtmoLight is daarom essentieel. Het bedrijf beschikt over expertise in industriële productieprocessen, waardoor nieuwe materiaalconcepten direct op grotere oppervlakken kunnen worden getest.
Volgende stap: panelen van 2,8 vierkante meter
De onderzoekers willen binnenkort een volledige zonnepaneelmodule van 2,8 m² produceren. Daarvoor mikken ze op een rendement van 18 tot 19 procent. Dat percentage ligt aanzienlijk lager dan het huidige record, maar zou een relevantere indicatie geven van de prestaties op commerciële schaal.
Levensduur blijft de echte uitdaging
Een hoog rendement alleen is niet voldoende. Perovskiet is gevoelig voor vocht, warmte en langdurige blootstelling aan zonlicht. Traditionele siliciumzonnepanelen gaan doorgaans tientallen jaren mee, terwijl perovskiettechnologie die betrouwbaarheid nog moet bewijzen.
Juist daarom kan de nieuwe productiemethode belangrijk zijn. Het weglaten van een potentieel instabiele materiaallaag biedt kansen om zowel de productie als de duurzaamheid te verbeteren.
De grootste commerciële mogelijkheden liggen mogelijk bij tandemzonnecellen, waarin perovskiet boven op silicium wordt aangebracht. Beide materialen benutten verschillende delen van het zonnespectrum, waardoor meer elektriciteit uit hetzelfde oppervlak kan worden gehaald.
Het record van UNSW bewijst nog niet dat perovskiet klaar is voor massaproductie. Wel laat het zien dat hoge rendementen en industrieel relevante afmetingen steeds beter samengaan. De volgende beslissende stap is aantonen dat die prestaties ook na jarenlang gebruik behouden blijven.
