Nieuw wereldrecord voor flexibele zonnecellen

De efficiëntie van energieconversie nam toe tot een record van 18, 7 procent

Flexibele CIGS-polymere zonnecellen ontwikkeld bij Empa hebben de nieuwe efficiencyrecordwaarde bereikt. © Empa
voorlezen

Zwitserse onderzoekers hebben opnieuw de efficiëntie van de energieconversie van flexibele zonnecellen van koper-indium-gallium-diselenide (kortweg CIGS) verhoogd - tot een record van 18, 7 procent. Zo slaagden ze erin het vorige record van 17, 6 procent, dat hetzelfde team in juni 2010 had opgericht, aanzienlijk te verbeteren.

Het gaat (bijna) altijd over geld. Om zonne-energie op grote schaal betaalbaar te maken, proberen wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld al lang goedkope zonnecellen te ontwikkelen die zowel zeer efficiënt zijn als gemakkelijk in grote hoeveelheden te produceren.

Flexibele CIGS-zonnecellen met buitengewoon potentieel

Onlangs heeft een team van Empa (Federal Materials Testing and Research Institute) onder leiding van Ayodhya N. Tiwari een grote stap vooruit gezet. "Het nieuwe record van 18, 7 procent voor flexibele CIGS-zonnecellen sluit vrijwel de 'efficiency gap' met polykristallijne silicium zonnewafers of CIGS-cellen op glas, " zegt Tiwari. Hij is ervan overtuigd dat flexibele dunne-film CIGS zonnecellen, waarvan de efficiëntie kan concurreren met de beste momenteel, een buitengewoon potentieel hebben om snel een paradigmaverschuiving naar kostenbesparende zonne-energie te bewerkstelligen.

Lage productiekosten

Een groot voordeel van flexibele zonnecellen zijn hun lage productiekosten door het "roll-to-roll" productieproces. Bovendien zijn ze volgens de Empa-onderzoekers aanzienlijk efficiënter dan de momenteel beschikbare zonnecellen. Bovendien zijn er kostenvoordelen op het gebied van transport, installatie, montageframe voor de modules, enz., Wat betekent dat ze een aanzienlijke vermindering van de zogenaamde "balans van het systeem" kosten mogelijk maken.

Bovendien bieden flexibele dunne-film zonnepanelen nieuwe toepassingen, zoals op huisgevels, zonnevelden of draagbare elektronische apparaten. Tiwari is ervan overtuigd dat met de geavanceerde apparaten die momenteel worden ontwikkeld, de nieuw ontwikkelde processen en concepten monolithisch onderling verbonden flexibele CIGS-zonnepanelen kunnen leveren met een rendement van meer dan 16 procent. tonen

Toonaangevende efficiëntiepieken

In de afgelopen jaren heeft de technologie van dunne-film zonnecellen op glazen substraten een technologisch volwassenheidsniveau bereikt dat industriële productie mogelijk maakt. Flexibele CIGS-cellen zijn echter nog steeds state of the art. De recente verbeteringen in de efficiëntie van onderzoekslaboratoria en testfaciliteiten onder andere door het Tiwari-team helpen bij het overwinnen van productiebelemmeringen.

De nauwe samenwerking tussen Empa en onderzoekers van start-up FLISOM, die tot doel heeft de technologie op industriële schaal te brengen en te commercialiseren, heeft geleid tot aanzienlijke vooruitgang in de groei bij lage temperaturen van CIGS-coatings. Als gevolg hiervan zijn flexibele CIGS-cellen steeds krachtiger geworden, van 14, 1 procent energie-efficiëntie in 2005 tot de nieuwe piek van 18, 7 procent voor alle soorten flexibele zonnecellen op polymeer- of metaalfolie.

Recente vooruitgang heeft wetenschappers in staat gesteld om recombinatieverliezen te verminderen door de structuur van de CIGS-lagen, het eigen depositieproces bij lage temperatuur voor laaggroei en in situ doping te gebruiken werden verbeterd met natrium in de laatste fase. Met deze resultaten zijn polymere films voor het eerst superieur gebleken aan metaalfolies als dragersubstraten voor efficiëntie-optimalisatie.

Beschermende coatings zijn overbodig

Volgens de onderzoekers zijn recordwaarden tot 17, 5 procent rendement tot nu toe alleen bereikt op staalfolies die een diffusiebarrière tegen onzuiverheden bevatten, en dit alleen door afzettingsprocessen bij temperaturen boven 550 graden Celsius. Het gepatenteerde CIGS-afzettingsproces op lage temperatuur ontwikkeld door Empa en FLISOM voor polymeerfilms, daarentegen, leverde efficiëntiewaarden van 17, 7 procent op staalfolies zonder diffusiebarrière.

Volgens de wetenschappers suggereren de resultaten dat de beschermende coatings die normaal op metaalfolies worden gebruikt niet langer nodig zijn. "Onze resultaten tonen duidelijk de voordelen van het CIGS-depositieproces op lage temperatuur als het gaat om de productie van flexibele zonnecellen met de hoogste efficiëntie op zowel polymeer- als metaalfolie", zegt Tiwari.

Binnenkort meer flexibele CIGS-zonnecellen

En Empa-directeur Gian-Luca Bona voegt eraan toe: "Om de massaproductie van goedkope zonnepanelen zo snel mogelijk te realiseren, moeten we deze innovaties nu overdragen aan industriële partners." Empa-onderzoekers werken momenteel met FLISOM om productieprocessen verder te ontwikkelen en de productie op te voeren.

(Empa - Zwitsers materiaaltest- en onderzoeksinstituut, 26.05.2011 - DLO)