Bron:solliance.eu
Van links naar rechts: Yifeng Zhao (TU-Delft), Mehrdad Najafi (TNO), Valerio Zardetto (TNO) en Dong Zhang (TNO) (foto door Niels van Loon)
EINDHOVEN, 26 september 2022 – TNO, TU Eindhoven, imec en TU Delft, partners in Solliance, hebben hun krachten gebundeld om de conversie-efficiëntie van tandemzonnecellen verder te brengen dan de grenzen van de huidige commerciële fotovoltaïsche (PV) modules. Voor het eerst passeren vier-terminal perovskiet/silicium tandemapparaten met gecertificeerde topcel de barrière van 30 procent. Een dergelijk hoog rendement zorgt voor meer vermogen per vierkante meter en minder kosten per kWh. Het resultaat wordt gepresenteerd tijdens de 8e Wereldconferentie over fotovoltaïsche energieconversie (WCPEC-8) in Milaan en is bereikt door de opkomende perovskiet-zonnecel te combineren met conventionele siliciumzonneceltechnologieën. De perovskietcel met transparante contacten en onderdeel van de tandemstack is onafhankelijk gecertificeerd.
Bovendien zal het bereiken van een hoge vermogensdichtheid meer mogelijkheden creëren om deze zonnecellen te integreren in constructie- en bouwelementen, zodat meer bestaand oppervlak kan worden afgedekt met PV-modules. Het doorbreken van de drempel van 30 procent is daarom een grote stap in het versnellen van de energietransitie en het verbeteren van de energiezekerheid door de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.
HET BESTE VAN BEIDE WERELDEN
Tandemapparaten kunnen hogere efficiënties bereiken dan zonnecellen met enkelvoudige junctie vanwege een beter gebruik van het zonnespectrum. De momenteel opkomende tandems combineren commerciële siliciumtechnologie voor het onderste apparaat met perovskiettechnologie: de laatste met een zeer efficiënte omzetting van ultraviolet en zichtbaar licht en uitstekende transparantie naar bijna-infraroodlicht. Bij tandemapparaten met vier terminals (4T) werken de bovenste en onderste cellen onafhankelijk van elkaar, wat het mogelijk maakt om verschillende onderste cellen in dit soort apparaten toe te passen. Zowel commerciële PERC-technologie als hoogwaardige technologieën zoals heterojunction of TOPCon of dunnefilmtechnologie zoals CIGS kunnen worden geïmplementeerd in een 4T-tandemapparaat met nauwelijks aanpassingen aan de zonnecellen. Bovendien maakt de architectuur met vier terminals het eenvoudig om bifaciale tandems te implementeren om de energieopbrengst verder te verhogen.
Onderzoekers uit Nederland en België hebben met succes de efficiëntie van de semi-transparante perovskietcellen verbeterd tot 19,7 procent met een oppervlakte van 3×3 mm2 zoals gecertificeerd door ESTI (Italië). "Dit type zonnecel heeft een zeer transparant achtercontact waardoor meer dan 93 procent van het nabij-infraroodlicht het onderste apparaat kan bereiken. Deze prestatie werd bereikt door alle lagen van de semi-transparante perovskiet-zonnecellen te optimaliseren met behulp van geavanceerde optische en elektrische simulaties als leidraad voor het experimentele werk in het lab." zegt dr. Mehrdad Najafi van TNO. "Het siliciumapparaat is een 20 × 20- mm2 brede heterojunctie-zonnecel met geoptimaliseerde oppervlaktepassivering, transparante geleidende oxiden en Cu-geplateerde frontcontacten voor ultramoderne dragerextractie", zegt Yifeng Zhao PhD-student aan TU Delft, waarvan de resultaten onlangs peer-reviewed zijn. Het siliciumapparaat dat optisch onder de perovskiet is gestapeld, draagt met 10,4 procent efficiëntiepunten bij aan de totale omzetting van zonne-energie.
Gecombineerd is 30,1 procent de conversie-efficiëntie van deze non-area-matched 4T tandem-apparaten die onafhankelijk werken. De beste efficiëntie ter wereld wordt gemeten volgens algemeen aanvaarde procedures.
TOEKOMST VAN VIER TERMINAL TANDEM PV-MODULES
Dit is niet alles, de combinatie van deze zeer transparante perovskietcel met andere op silicium gebaseerde technologieën zoals back-contact (metal wrap through en interdigitated back-contactcellen) en TOPCon-zonnecellen heeft ook een conversie-efficiëntie van bijna 30 procent opgeleverd. Dit toont het potentieel aan van zeer transparante perovskiet-zonnecellen en hun flexibiliteit om te worden gecombineerd met reeds gecommercialiseerde technologieën.
Deze 's werelds beste efficiëntie die is verkregen met een groot aantal bestaande technologieën is een nieuwe mijlpaal in de richting van industriële implementatie. "Nu kennen we de ingrediënten en zijn we in staat om de lagen te beheersen die nodig zijn om een efficiëntie van meer dan 30 procent te bereiken. Eenmaal gecombineerd met de schaalbaarheidsexpertise en kennis die de afgelopen jaren is verzameld om materiaal en processen naar een groot gebied te brengen, kunnen we ons concentreren met onze industriële partners om deze technologie met een efficiëntie van meer dan 30 procent in massaproductie te brengen", zegt prof. Gianluca Coletti, programmamanager Tandem PV-technologie en -toepassing bij TNO.
