Nieuw zonnefolie zonder silicium kent energie-efficiëntie van 27%

Een nieuw zonnefolie maakt opwekken van zonne-energie mogelijk zonder het gebruik van zonnepanelen met silicium met een energie-efficiëntie van 27%. Een belangrijk voordeel, aangezien de vraag naar silicium door diverse ontwikkelingen snel toeneemt. Het zonnefolie kan daarnaast op een breed scala aan materialen worden aangebracht als coating, waardoor allerlei objecten in theorie zonne-energie kunnen opwekken. Denk daarbij aan auto’s, maar ook aan mobiele telefoons of zelfs rugzakken.

Het zonnefolie is ontwikkeld door onderzoekers van de fysica-afdeling van de Britse Oxford University. Het materiaal is door het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) gecertificeerd voor een energie-efficiëntie van 27%. Dit is mogelijk dankzij het gebruik van een zogeheten ‘multi-junction’ aanpak. De onderzoekers stapelen hierbij meerdere lichtabsorberende lagen op elkaar in een enkele zonnecel, die hierdoor een breder lichtspectrum kan benutten. Dit maakt het mogelijk meer energie op te wekken uit dezelfde hoeveelheid zonlicht.

‘Op termijn moet efficiëntie van meer dan 45% mogelijk zijn’

“Gedurende vijf jaar aan experimenten met onze stapel- of multi-junction aanpak hebben we de energieconversie-efficiëntie verhoogd van 6 tot 27%, wat dicht bij de limieten ligt van wat enkellaagse fotovoltaïsche panelen vandaag de dag kunnen realiseren”, licht Dr Shuaifeng Hu, Post Doctoral Fellow bij Oxford University Physics, toe. “We denken dat na verloop van tijd deze aanpak fotovoltaïsche apparaten met veel grotere efficiëntie tot meer dan 45% mogelijk kan maken.”

Ter vergelijking: hedendaagse zonnepanelen kennen een energie-efficiëntie tussen 15% en 22%, wat betekent dat zij tot 22% van het zonlicht dat zij opvangen omzetten in energie.

Iets meer dan een micron dik

Kenmerkend voor het zonnefolie is de dikte, die slechts iets meer dan een micron bedraagt. Ter vergelijking: dat is 150 keer dunner dan een siliciumwafer, waaruit chips worden vervaardigd. Dankzij de dunheid van het folie kan het op nagenoeg ieder materiaal aangebracht worden. Dit in tegenstelling tot traditioneel fotovoltaïsch materiaal, dat met name op silicium wordt aangebracht.

“Het gebruik van nieuwe materialen die als coating kunnen worden aangebracht laten we zien dat we silicium kunnen repliceren en overtreffen, terwijl we ook aan flexibiliteit winnen. Dit is belangrijk, aangezien dit meer zonne-energie mogelijk maakt zonder dat we hiervoor veel silicium-gebaseerde zonnepanelen of zonneparken nodig hebben”, zegt Dr Junke Wang, Marie Skłodowska Curie Actions Postdoc Fellow bij Oxford University Physics.

Kosten van zonne-energie terugdringen

De onderzoekers verwachten dat hun zonnefolie kan helpen de kosten van zonne-energie verder terug te dringen. “We kunnen ons voorstellen dat perovskietcoatings op bredere soorten oppervlakken worden aangebracht om goedkope zonne-energie op te wekken, zoals het dak van auto’s en gebouwen en zelfs de achterkant van mobiele telefoons. Als er op deze manier meer zonne-energie kan worden opgewekt, kunnen we op de langere termijn minder behoefte voorzien om siliciumpanelen te gebruiken of steeds meer zonneparken te bouwen”, aldus Dr Wang.

De onderzoekers maken deel uit van een grotere groep onderzoekers die onder leiding van Hoogleraar Hernieuwbare Energie Henry Snaith van de Oxford University Physics Department werken aan fotovoltaïsch materiaal. Via de spin-off Oxford PV willen de onderzoekers het materiaal op de markt brengen. Massaproductie van perovskietzonnecellen is onlangs van start gegaan in een fabriek in het Duitse Brandenburg-an-der-Havel. De keuze is daarbij op Duitsland gevallen vanwege incentives die de Duitse overheid beschikbaar stelt.

Een perovskietzonnecel is voorzien van een absorptielaag, die bestaat uit een materiaal met een kristalstructuur die zonlicht absorbeert en gedeeltelijk omzet in een stroom van elektrische ladingen. De laag is aan de boven- en onderzijde voorzien van een transportmateriaal dat elektronen (negatief geladen) of gaten (positief geladen) doorlaat. Ook onder meer TNO werkt aan perovskietzonnecellen.

Meer partijen werken aan zonnefolie

De Oxford University is overigens niet de enige partij die werkt aan zonnefolie; ook diverse andere partijen ontwikkelen oprolbare zonnecellen. Denk daarbij aan Hyet Solar, dat enkele jaren geleden is gestart met de massaproductie van het materiaal. Onder meer Vopak maakt in de Laurenshaven in Rotterdam op terminals gebruik van het materiaal. Ook TNO Solar Research werkt aan zonnefolie.

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Beeld: Michael Pointner via Pixabay