Doorbraken in onderzoek naar flinterdunne zonnecellen

Gepubliceerd op 03/07/2013

Wetenschappers van imo-imomec, een gemeenschappelijk onderzoeksinstituut van de Universiteit Hasselt en imec, hebben internationale records gevestigd bij onderzoek naar verschillende types ‘dunne-film zonnecellen’. Een team onderzoekers wist het rendement van een zonnecel op basis van een nieuw anorganisch materiaal op te krikken tot 9,7% (het aantal procent van de lichtenergie dat wordt omgezet in elektriciteit). Op een hybride zonnecel van nieuw anorganisch/organisch materiaal werd dan weer een rendement gehaald van 10,8%. “Efficiëntie-records van wereldniveau, die ons een stap dichter brengen bij een markt met goedkopere, kwaliteitsvolle zonnecellen”, zegt prof. dr. Dirk Vanderzande, directeur van imo-imomec. Daarnaast werd ook een belangrijke doorbraak gerealiseerd in de ontwikkeling van ‘zonnecelramen’.

Dunne-film zonnecellen worden gemaakt op basis van organische (polymeren en koolstof) of anorganische materialen. Ze zijn 100 tot zelfs 1.000 keer dunner dan de klassieke zonnecellen uit silicium, uiterst flexibel (oprol- en plooibaar) én te gebruiken op uiteenlopende ondergronden (van papier tot textiel). Organische dunne-film zonnecellen zijn bovendien transparant en te verkrijgen in verschillende kleuren. Een belangrijk nadeel van deze nieuwste generatie zonnecellen is echter het beperkte rendement. De uiteindelijke opzet van het imo-imomec-onderzoeksteam – een onderzoek dat eveneens kadert in het grensoverschrijdend samenwerkingsverband Solliance – is dan ook een veilige, goedkope dunne-film zonnecel met een hoog rendement.

Wereldtop
In het domein van de anorganische dunne-film zonnecellen heeft imo-imomec intussen een belangrijke stap in dat verband gezet. Dr. Marc Meuris: “Anorganische dunne-film zonnecellen worden op dit ogenblik gemaakt van twee materiaalcombinaties: cadmium telluride (CdTe) of koper indium gallium selenide (CIGS). Maar cadmium is erg giftig, terwijl indium en gallium relatief schaars zijn. Je zit met andere woorden met materialen die ofwel ongezond zijn, ofwel – bij gebruik op grote schaal – bijzonder duur kunnen worden.” Imo-imomec richtte zich op een alternatief anorganisch materiaal uit koper, zink, tin, zwavel en selenium. Stoffen die veilig zijn en die – op selenium na – relatief veel voorkomen. “Wij ontwikkelden een zonnecel van koper, zink, tin en selenium (CZTSe) die 9,7% van de lichtenergie omzette in elektriciteit”, aldus dr. Meuris.

Nergens in Europa werd met een dunne-film zonnecel op basis van hetzelfde materiaal een hoger rendement gehaald. Imo-imomec schaart zich met een efficiëntie van 9,7% bovendien in de mondiale topdrie. Aan de top staat IBM, dat een zonnecel van koper, zink, tin, zwavel en selenium ontwikkelde die een rendement van 11% behaalde. “De techniek die IBM gebruikte om die dunne laagjes materiaal aan te brengen op de zonnecel zorgt weliswaar voor een hoger rendement, maar is buitengewoon moeilijk toe te passen op grote schaal”, zegt dr. Meuris. “Onze techniek wordt echter al gebruikt voor het produceren van zonnepanelen met koper indium gallium selenide – en heeft zijn schaalbaarheid dus wél al bewezen.”

Het doel van de onderzoekers is nu om binnen de drie jaar het rendement van de zonnecel uit koper, zink, tin, zwavel en selenium verder op te krikken tot 15%.

Uitstekende resultaten
In het domein van hybride printbare zonnecellen vestigde imo-imomec eveneens uitstekende resultaten. Dr. ir. Bert Conings (UHasselt) ontwikkelde een hybride zonnecel (een zonnecel bestaande uit anorganisch en organisch materiaal) met een rendement van 10,8%. Het rendement van deze hybride zonnecel ligt hoger dan die van de amorf silicium zonnecellen die momenteel worden gebruikt in rekenmachines en andere draagbare elektronische toepassingen.

“Imo-imomec is erin geslaagd om op korte termijn ook mooie resultaten te behalen op hybride printbare zonnecellen. Deze doorbraak brengt ons een stap dichter bij een markt vol printbare en dunne-film zonnecellen”, aldus prof. dr. Dirk Vanderzande, directeur van imo-imomec.

Zonnecelraam
Ook op het vlak van de zonnecelramen-technologie boekt imo-imomec successen. Recent stelde dr. Tom Aernouts (imec) aan de UHasselt een demonstratiemodel voor van een glasraam bestaande uit organische zonnecellen. “Dergelijke transparante glasramen die elektriciteit leveren, zijn bijzonder interessant voor de architectuur en voor de bouwsector”, zegt prof. dr. Jean Manca, verbonden aan de UHasselt en imo-imomec en leider van het Organext-project. Organext is een samenwerking tussen twaalf partners uit de Euregio Maas-Rijn, Eindhoven en Leuven met expertise in het domein van nanotechnologie, nieuwe materialen, organische zonnecellen en economische analyse/valorisatie. “BIPV (Building Integrated Photovoltaics) is een enorme groeisector en organische zonnecellen kunnen een belangrijke rol spelen in het omvormen van de gebouwen van de toekomst tot energiezuinige en energieproducerende eenheden.”

Voortrekkersrol
Imo-imomec is het gemeenschappelijk onderzoeksinstituut van de Universiteit Hasselt en het onderzoekscentrum imec. Binnen het grensoverschrijdend samenwerkingsverband Solliance – een consortium rond dunne-film zonnecellen in de regio Eindhoven-Leuven-Aken (ELAT) – speelt imo-imomec een voortrekkersrol in het onderzoek van dunne-film zonnecellen op basis van koper, zink, tin, zwavel, selenium.

Bron : Persbericht UHasselt/imec