Nieuwe types zonnecellen worden doorgaans getest onder ideale weersomstandigheden. Maar zulke testresultaten zijn niet representatief voor de daadwerkelijke opbrengst van zonnecellen op de Nederlandse daken, die zijn blootgesteld aan wolken en regen. In een publicatie in ACS Energy Letters van 22 augustus 2017 presenteren AMOLF-onderzoekers een model dat voorspelt hoe de volgende generatie zonnecellen daadwerkelijk presteert.
De nieuwe typen zonnecellen zullen waarschijnlijk voor een deel perovskiet gebruiken. Acht jaar geleden zijn perovskieten opgekomen als een nieuw en veelbelovend materiaal om zonlicht te absorberen en elektriciteit te generen. Deze ontdekking heeft het hele onderzoeksveld op zijn kop gezet. Op dit moment zijn de perovskieten bijna net zo efficiënt als conventionele siliciumzonnecellen na zestig jaar ontwikkeling. Aangezien perovskiet een ander deel van het zonnespectrum absorbeert dan silicium, zou een combinatie van beide materialen een groter deel van de uitgezonden zonne-energie moeten kunnen absorberen, en daarmee meer elektriciteit moeten kunnen genereren. Zonnecellen die deze twee materialen combineren heten heel toepasselijk ‘tandemcellen’.
Standaard worden zonnecellen getest onder omstandigheden die lijken op een zonnige dag op het noordelijk halfrond, met een gemiddelde temperatuur van 25 graden Celsius. In hun artikel beschrijven AMOLF-onderzoekers Moritz Futscher en Bruno Ehrler de verwachte opbrengst van drie veelvoorkomende perovskiet- en siliciumcombinaties onder meer realistische omstandigheden. Ze gebruikten gemeten temperaturen, stralingssterktes en zonnespectra in zowel Utrecht als in het Amerikaanse Denver om de opbrengst van deze cellen te voorspellen in beide plaatsen.
Wolken doen voordelen tandem teniet
In Nederland, met zijn vele regenachtige en bewolkte dagen, blijken de tandemcellen nauwelijks efficiënter te zijn dan de huidige conventionele siliciumcellen. Dat geldt zelfs voor cellen die gemaakt zijn van de beste perovskietcellen en de beste siliciumcellen die op dit moment beschikbaar zijn. ‘Dit is een verrassend resultaat,’ zegt eerste auteur Moritz Futscher. ‘We dachten altijd al dat tandemcellen een lagere efficiëntie zouden hebben als er weinig licht op valt, maar dat het effect zo groot is, heeft ons wel verrast.’
Naast dit enigszins verontrustende resultaat, beschrijven de onderzoekers ook hoe de perovskietbevattende cellen verbeterd zouden moeten worden om ze alsnog veel efficiënter te maken dan siliciumcellen. Hun model laat zien dat een verdere optimalisatie van de kwaliteit van het perovskiet, de elektrische contacten en het lichtmanagement in de gelaagde perovskiet/silicium cellen, zou kunnen leiden tot een efficiëntieverbetering van wel 14 procent. ‘Gezien de snelle ontwikkelingen in het verleden, verwacht ik dat dit wel gaat lukken,’ zegt onderzoeksleider Bruno Ehrler. ‘Maar het vereist wel een aanzienlijke gezamenlijke en gerichte onderzoeksinspanning om de perovskieten te verbeteren.’
Referentie
Moritz H. Futscher, Bruno Ehrler, Modeling the Performance Limitations and Prospects of Perovskite/Si Tandem Solar Cells under Realistic Operating Conditions, ACS Energy Letters, (2017) | DOI: 10.1021/acsenergylett.7b00596
