EnglishNieuw molecuul helpt dubbele zonnecel 35,1 procent van het zonlicht om te zetten in stroom
Onderzoekers uit China, onder wie zonnepanelenmaker LONGi, laten in Nature een zonnecel van perovskiet op silicium zien met een gecertificeerd rendement van 35,1 procent. De sleutel is een laagje van één molecuul dik dat niet meer klontert. Het gaat om een labcel.
Gewone zonnepanelen zijn gemaakt van silicium. Dat materiaal is betrouwbaar en goedkoop, maar het zet nooit meer dan ongeveer 29 procent van het zonlicht om in stroom. Wie verder wil, legt er een tweede laag bovenop: perovskiet, een kristalmateriaal dat vooral blauw en groen licht goed benut, terwijl het silicium eronder het rode en infrarode licht opvangt. Zo'n dubbele zonnecel heet een tandemcel.
Onderzoekers van onder meer Soochow University, de Hong Kong Polytechnic University en het onderzoekscentrum van de Chinese zonnepanelenmaker LONGi melden nu in het wetenschappelijke tijdschrift Nature een tandemcel met een gecertificeerd rendement van 35,1 procent. Gecertificeerd betekent dat een onafhankelijk meetinstituut het rendement heeft nagemeten.
Het probleem: klonterende moleculen
Tussen het silicium en de perovskiet zit een heel dun laagje, van maar één molecuul dik. Dat laagje vangt de elektrische lading op die de perovskiet maakt en voert die af. Het moet daarom het oppervlak overal netjes bedekken.
Dat is lastig, omdat het silicium in zulke cellen geen glad oppervlak heeft. Het is bedekt met piepkleine piramides die het licht langer vasthouden. De moleculen die lading goed geleiden, hebben bovendien de neiging om op elkaar te stapelen en te klonteren. Waar ze klonteren, blijven elders kale plekjes over. Daar gaat energie verloren, en dat kost rendement.
De oplossing: een molecuul met een knik
De onderzoekers ontwierpen een molecuul met een ingebouwde draai in zijn vorm. Door die draai kunnen de moleculen niet meer plat op elkaar stapelen, maar ze geleiden de lading nog steeds goed. Daardoor vormen ze een gelijkmatig laagje dat de piramides overal bedekt. Dat laagje haalt de lading snel weg, herstelt kleine foutjes in het oppervlak en helpt de perovskietlaag erbovenop netter te groeien.
Ook de levensduur ziet er goed uit. Na 1.500 uur onder een lamp in een standaard verouderingstest, ruim twee maanden, haalde de cel nog meer dan 94 procent van zijn oorspronkelijke vermogen.
Een stap in een snelle reeks
Deels dezelfde groep van LONGi en Soochow University meldde vorig jaar in Nature al een tandemcel met een vergelijkbaar slim molecuul, die toen een gecertificeerd rendement van 34,58 procent haalde. Met het nieuwe ontwerp komt daar ruim een half procentpunt bij. Dat lijkt weinig, maar bij zonnecellen is elke tiende procent extra lastig te winnen.
Het gaat nog om kleine cellen in het lab, niet om complete zonnepanelen. De volgende stap is laten zien dat dit ook werkt op grote panelen die jarenlang buiten in de zon liggen. Dat LONGi, een van de grootste zonnepanelenmakers ter wereld, meewerkt aan dit onderzoek, laat zien dat de industrie die stap serieus neemt.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Steeds slimmere AI vraagt steeds meer stroom, en die stroom moet ergens vandaan komen. Zonnepanelen die meer elektriciteit halen uit hetzelfde dakoppervlak, maken schone energie goedkoper en ruimer beschikbaar. Tandemcellen zijn de belangrijkste manier om voorbij de grens van silicium te komen. Als ze ook in de fabriek en op het dak zo goed blijven werken, kan elk zonnepaneel straks een flink stuk meer stroom leveren dan nu.
