Micro-zonnecellen bieden nieuwe mogelijkheden

Rendement ongeveer even hoog als van traditionele zonnecellen

Wetenschappers van de Sandia National Laboratories in Albuquerque hebben een methode ontwikkeld voor de productie van zeer kleine zonnecellen, waarbij bijzonder efficiënt gebruik wordt gemaakt van silicium.

De zonnecellen met de afmetingen van stukjes glitter (doorsnede tussen 0,25 en 1 mm) worden vervaardigd uit monokristallijn silicium en worden gemaakt met technieken die nu reeds in halfgeleiderfabrieken worden toegepast voor de productie van micro-elektronische en micromechanische systemen (MEMS) en de productie van LED’s.

De micro-zonnecellen hebben volgens de onderzoekers veel voordelen ten opzichte van de standaard 6×6-inch cellen die momenteel veelvuldig worden toegepast. Ze zijn tien maal dunner dan een gewone zonnecel (14 tot 20 micrometer), terwijl ze toch ongeveeer hetzelfde rendement halen. Daardoor kan veel efficiënter worden omgesprongen met het silicium-basismateriaal. Bovendien kan een gedeeltelijk onbruikbare wafer nog grotendeels worden benut voor het maken van microcellen, terwijl deze voor één grote zonnecel geheel onbruikbaar zou zijn.

De microcellen kunnen op een willekeurig gevormde ondergrond worden aangebracht, bijvoorbeeld ook op kleding. Voor het plaatsen en met elkaar verbinden van de microcellen kunnen standaard machines worden gebruikt. Zo kan een gewone pick&place-machine tot wel 130.000 micro-zonnecellen op een substraat plaatsen. Door het elektrisch combineren van een groot aantal cellen wordt ook de schaduwgevoeligheid per paneel een stuk beter. Als een gewoon zonnepaneel gedeeltelijk in de schaduw ligt, zal de energieproductie bijna helemaal stil vallen. Dankzij de combinatie van een groot aantal serie- en parallelschakelingen van micro-zonnecellen kan een paneel met zulke microcellen toch nog steeds energie blijven leveren.

Meer info: www.sandia.gov

Bron: Elektor.nl

De volgende generatie zonnecellen

Fotonenmanagement verbetert opbrengst zonnepaneelDunnefilm-silicium zonnecellen goedkoper en flexibeler dan huidige kristallijn-silicium zonnecellen

Extreem dunne en flexibele zonnecellen van silicium met hoog rendement zijn de zonnecellen van de toekomst, aldus professor Miro Zeman. Dat stelt hij in zijn intreerede als hoogleraar ‘Photovoltaic Materials and Devices’ aan de TU Delft. Zeman en zijn groep van onderzoekers zullen de komende jaren de dunnefilm-zonnecel op basis van silicium verbeteren. Dunnefilm-silicium zonnecellen – de zonnecel op de rol – zijn goedkoper en flexibeler toe te passen dan de huidige kristallijn-silicium zonnecellen. Bovendien wordt tijdens de productie veel minder materiaal en energie gebruikt.

Zonne-energie wordt door velen gezien als de energiebron van de toekomst. Immers: er valt zo’n 10.000 keer meer zonne-energie op aarde dan er energie wordt gebruikt. Maar de huidige zonnepanelen zijn duur en het rendement is beperkt. Een manier om zonnecellen goedkoper te maken is een veel dunnere laag halfgeleidermateriaal te gebruiken. De laag halfgeleidermateriaal in dunnefilm-zonnecellen is zo’n 1.000 keer dunner dan bij de reguliere kristallijn-silicium zonnecellen die nu op de daken liggen. Dat maakt ze goedkoper. Bovendien zijn ze buigzaam en daardoor flexibeler toe te passen.

Het rendement is echter nog laag: de eerste dunnefilm-silicium zonnecel in 1976 had een rendement van 2,4%, de huidige dunnefilm-silicium zonnecellen zetten ongeveer 10% van het invallende zonlicht om in elektriciteit. De verwachting is dat het rendement zo’n 15% zal bereiken in de nabij toekomst. Hoewel dunnefilm-zonnecellen van allerlei materialen gemaakt kunnen worden, gelooft Zeman in silicium: “materialen als tellurium en indium zijn schaars, silicium (bewerkt zand) is dat niet, dat maakt silicium zeer geschikt voor grootschalige toepassing.” Zeman’s groep draagt bij aan de ontwikkeling van flexibele zonnecellen van Nuon dochteronderneming Helianthos. Nuon opende in juni 2009 de eerste proeffabriek in Arnhem.

Zeman’s onderzoeksgroep richt zich specifiek op het ontwikkelen van materialen en systemen voor fotovoltaïsche zonnecellen met behulp van nanotechnologie. De groep zal zich de komende jaren richten op het verbeteren van het rendement van dunnefilm-silicium zonnecellen door het toepassen van fotonenmanagement, het sturen van de invallende lichtdeeltjes zodat een deeltje zoveel elektronen losschiet en er een zo groot mogelijke elektrische stroom ontstaat. Dat kan bijvoorbeeld door een foton schuin door het materiaal te leiden of door de deeltjes terug te kaatsen. Op deze manier wordt de optische dikte van de cel tientallen keer groter.

Prof. Miro Zeman spreekt zijn inaugurele rede uit op vrijdag 11 december 2009 om 15.00 uur in het Aula Congrescentrum van de TU Delft, Mekelweg 5, Delft.

Meer info: www.energie.tudelft.nl

Bron: Elektor.nl