Perovskiet zonnecellen – voor- en nadelen

Afbeelding door AA + W – stock.adobe.com

Vanwege hun hoge efficiëntie en verschillende andere voordelen hebben perovskietzonnecellen alles in zich om klassieke zonnecellen te overtreffen. In deze gids bespreken we wat perovskietzonnecellen zijn, hoe ze werken en wat de voor- en nadelen zijn.

Perovskiet zonnecellen – de belangrijkste in één oogopslag:

• Perovskiet zonnecellen hebben een Extreem hoog rendement
• Het materiaal dat voor deze zonnecellen wordt gebruikt, heeft een kristallijne structuur
• De modules kunnen relatief eenvoudig, snel en goedkoop worden vervaardigd
• De zonnecellen kunnen worden gecombineerd met andere elementen, zoals perovskiet-silicium zonnecellen
• De zonnecellen zijn gevoelig voor vocht

Wat zijn perovskiet zonnecellen?

Perovskietzonnecellen bestaan uit het mineraal perovskiet, dat een kristalstructuur heeft, wat op zijn beurt uitstekende eigenschappen mogelijk maakt.

Deze zonnecellen zijn onder te verdelen in twee varianten:

1. Eenvoudige perovskiet zonnecellen
2. Perovskiet zonnecellen met koolstofstructuur

In vergelijking met andere zonnemodules zoals dunnefilmzonnecellen staat het onderzoek en de productie van perovskietzonnecellen nog in de kinderschoenen. De eerste onderzoeken werden pas in 2009 uitgevoerd. Aanvankelijk haalden deze zonnecellen een rendement van slechts 4 procent. Inmiddels is dat opgetrokken naar 25 procent.

Een van de grootste voordelen van perovskietzonnecellen is dat ze gemakkelijk en kosteneffectief te produceren zijn. Allereerst is dit te wijten aan het feit dat het materiaal in vloeibare vorm wordt aangebracht.

Hoe werken perovskiet zonnecellen?

De perovskietzonnecellen werken zoals andere varianten: het zonlicht wordt geabsorbeerd door de absorber. Hierdoor worden de elektronen in de halfgeleider opgelost. De elektronengeleider zorgt er nu voor dat de elektronen worden overgebracht naar de onderste elektrode. De gaten, die positief geladen zijn, bereiken op hun beurt de bovenste elektrode. Hier vind je meer informatie over zonnecellen:

Perovskiet zonnecellen – voor- en nadelen

In vergelijking met andere zonnecellen hebben perovskiet fotovoltaïsche modules tal van voordelen. Ze bereiken bijvoorbeeld een uitstekende efficiëntie. Maar de nadelen die er nu nog zijn, zijn niet te onderschatten.

Wat zijn de voordelen van perovskiet zonnecellen?

Afgezien van het feit dat perovskietzonnecellen een extreem hoog rendement behalen en snel, gemakkelijk en goedkoop te produceren zijn, hebben ze een belangrijk voordeel dat ervoor zorgt dat deze vorm van zonnemodule ambitieus onderzocht blijft worden: de zogenaamde fotonenrecycling. Dit betekent dat er een nieuw foton ontstaat, waardoor nieuwe elektronen vrijkomen. Deze ingenieuze mogelijkheid bestaat nog bij geen enkele andere zonnemodule. Maar juist in tijden waarin grondstoffen uiterst spaarzaam moeten worden gebruikt, biedt deze variant veel potentie voor de toekomst.

Het hoge rendement wordt meestal bereikt door gebruik te maken van de tandem zonnecellen. Dit zorgt voor een solide werking met de beste opbrengst van zonlicht.

In het kader van het onderzoek kunnen de volgende efficiëntieverbeteringen worden bereikt:

Oxford PV in december 2020	29,52 procent (perovskiet-silicium zonnecel)
Helmholtz Centre (Berlijn) in november 2021	29,80 procent (perovskiet-silicium zonnecel)
Swiss Center for Electronics and Microtechnology (CSEM) en Ecole polytechnique fédérale de Lausann (PFL) in juli 2022	31,25 procent (perovskiet-silicium zonnecel)

Ter vergelijking: de meeste andere zonnecellen halen meestal alleen een rendement dat varieert tussen 20 tot 25 procent. Hierdoor is de opbrengst van zonlicht aanzienlijk lager.

Wat zijn de nadelen van perovskiet zonnecellen?

Aan de andere kant zijn er enkele nadelen. Er kunnen bijvoorbeeld problemen zijn met de stabiliteit omdat de kristallen van perovskiet niet altijd op dezelfde manier groeien. Bovendien is de levensduur aanzienlijk korter dan die van cellen gemaakt van silicium. Deze halen al snel een levensduur van tussen de 20 en 40 jaar. Perovskietcellen leven momenteel maximaal 20 jaar. De onderzoeksresultaten spreken echter ook hier voor zich. Deze stellen dat op langere termijn hoogwaardige cellen met een langere levensduur geproduceerd kunnen worden.

Een ander nadeel is dat de nog jonge modules vaak al in de eerste maanden een aanzienlijk rendementsverlies hebben. Dit kan oplopen tot 10 procent. Omdat giftige materialen zoals lood ook worden gebruikt voor de productie en de modules ook gevoelig zijn voor vochtschade, worden ze nog niet geschikt geacht voor massaproductie.

Voor- en nadelen van perovskiet zonnecellen op een rij:

Wilt u meer weten over zonne-energie en een bijbehorend zonnestelsel bouwen? Neem dan eens een kijkje bij www.blauarbeit.de en vind een expert in zonne-energie.

Welke soorten perovskiet zonnecellen zijn er en hoe worden ze geconstrueerd?

De klassieke variant van perovskietzonnecellen bestaat uit een eenvoudige structuur, die er als volgt uitziet:

Bovenste elektrode -> gatgeleider -> perovskietabsorber -> elektronengeleider -> onderste elektrode

Naast deze vorm zijn er ook de tandemcellen, die een iets andere structuur hebben. Dit kunnen de volgende modellen zijn:

• Perovskiet CIGS zonnecellen (koper-indium-gallium-selenide cellen)
• Perovskiet silicium zonnecellen
• Perovskietperovskietcellen

Hoe worden perovskiet zonnecellen gemaakt?

Het materiaal wordt in vloeibare vorm aangebracht, waardoor het niet alleen gemakkelijk te vervaardigen is, maar ook bijzonder goedkoop. De afzonderlijke lagen kunnen op verschillende manieren worden aangebracht:

Afdrukken

Als de materialen worden afgedrukt, gebeurt dit door de bladcoating of door de slot-matrijscoating. Blade coating is ook bekend als squeegee coating, terwijl slot-die coating ook bekend staat als slot die printing.

Verdampen

Het is ook mogelijk om verschillende perovskietlagen te verdampen. Hiervoor is een vacuüm nodig. De materialen waaruit de absorber moet worden gemaakt, worden een voor een verdampt. Een nat chemisch proces kan ook worden gebruikt om verschillende verdampingstechnieken te combineren.

Wanneer kunnen perovskiet zonnecellen klaar zijn voor de markt?

Experts gaan er nu van uit dat we vanaf ongeveer 2024, wanneer de zonnecellen klaar moeten moeten zijn voor de markt, elektriciteit kunnen produceren met perovskietzonnecellen. Tot die tijd zullen de onderzoekers en ontwikkelaars echter hun best moeten doen om de laatste bugs glad te strijken.

Resultaat

Perovskiet-zonnecellen worden nu al beschouwd als de toekomst die naar verwachting een revolutie teweeg zal brengen in de zonne-energiemarkt. De cellen zijn eenvoudig en kosteneffectief te produceren en ze bereiken een extreem hoog niveau van efficiëntie dat andere varianten momenteel niet bereiken. Omdat de producten echter nog steeds erg gevoelig zijn voor storingen, worden momenteel de laatste fouten geprobeerd te vinden. Een van de grootste voordelen van perovskiet zonnecellen is de mogelijkheid van fotonenrecycling.