Met een marktaandeel van 95 procent zijn vrijwel alle zonnepanelen gemaakt van silicium. De zonnecellen zijn stijf en de constructies waarin ze zijn verwerkt zwaar, waardoor lang niet alle daken geschikt zijn om traditionele zonnepanelen op te leggen.
Dat geldt niet voor perovskiet. Van het mineraal is maar een heel dun laagje nodig (maximaal 1 micrometer) om een zonnecel te maken. Bovendien kunnen de lichtgewicht zonnecellen op allerlei ondergronden worden aangebracht: van plastic tot glas. Zo kunnen daken, ramen en auto’s energie opwekken als ze voorzien zijn met een laag perovskiet.
Efficiëntie
In de wereld van zonnepanelen zijn de verwachtingen rondom het materiaal al jaren hooggespannen. Efficiëntie is inmiddels het probleem niet meer. Onlangs slaagde de grootste fabrikant van zonnepanelen, het Chinese JinkoSolar, erin om een zonnecel van perovskiet te maken met 33,84 procent rendement. Dat is een nieuw record.
JinkoSolar combineert twee materialen om zoveel mogelijk energie uit zonlicht te halen. Door bovenop de siliciumlaag de transparante perovskiet-laagjes aan te brengen, wordt het hele spectrum van het zonlicht benut. Dat leidt tot een efficiëntie van ruim 33 procent.
Het rendement van conventionele zonnepanelen die enkel uit silicium bestaan, ligt rond de 20 procent en stijgt al jaren. Al zal dit volgens onderzoeksorganisatie TNO maximaal 26 procent worden. Het is dus interessant om zonnecellen te maken met meerdere materialen.
Levensduur
Een nadeel van perovskiet is dat het erg kwetsbaar is. Een constant bombardement van UV-straling door zonlicht zorgt ervoor dat zonnepanelen met het kristal na verloop van tijd capaciteit verliezen. Andere elementen, zoals vocht en hitte, zorgen ervoor dat de levensduur van perovskiet nog verder wordt verkort.
Wetenschappers verbonden aan de Zhejiang Universiteit in China hebben een antwoord op die kwetsbaarheid. Zij zijn erin geslaagd om de zonnecellen beter bestand te maken tegen hitte en water. De uitvinding wordt high entropy hybrid perovskite (HEHP) genoemd en hij combineert perovskiet-lagen met organische tussenlagen. In experimenten behield de zonnecel 98 procent efficiëntie na duizend uur in de zon te hebben gelegen. De wetenschappers verwachten dat de afbraak pas na vijfduizend uur gaat versnellen. De zonnecel van perovskiet haalde een efficiëntie van 25,7 procent.
In Hongkong werd al een speciale coating ontwikkeld op basis van nikkeloxide om de levensduur te verlengen. “Door deze laag behouden onze verbeterde cellen een efficiency van 90 procent met een rendement van 25,6 procent; zelfs bij hoge temperaturen rond de 60 graden Celsius gedurende meer dan 1.000 uur”, vatte professor Zhu Zonglong het samen. “Dat is een mijlpaal.”
Volledig te recyclen
Ondanks de innovaties hebben de perovskiet-cellen nog altijd een kortere levensduur dan die van silicium. Maar hoe erg is dat als de nieuwe generatie zonnecellen volledig recyclebaar is? Een onderzoeksteam van de Zweedse Universiteit van Linköping heeft een methode ontwikkeld om alle onderdelen van een zonnecel herhaaldelijk te recyclen en dat zonder milieugevaarlijke oplosmiddelen. De gerecyclede zonnecel heeft dezelfde efficiëntie als het origineel. De studie is recent gepubliceerd in het wetenschapsblad Nature.
Zonnepanelen van silicium die aan het begin van dit millennium zijn aangeschaft, naderen het einde van hun levensduur. Er zijn nog maar weinig recyclemogelijkheden voor die oude panelen. “In de meeste gevallen worden afgedankte PV-systemen verwerkt als elektronisch afval”, vertelde Martin Späth, expert PV-technologie bij TNO, eerder tegen Change Inc. “In feite betekent het dat ze als geheel de shredder ingaan.” De verbrijzelde panelen eindigen dan bijvoorbeeld als vulmateriaal in beton of als schuurmiddel. In de EU gebeurt dit jaarlijks met zo’n 4.000 ton zonnepanelen.
Om een nieuwe stortplaats te voorkomen, wordt in Zweden gewerkt aan het recyclen van perovskietcellen. “In dit project hebben we een methode ontwikkeld waarbij alle onderdelen opnieuw kunnen worden gebruikt in een nieuwe perovskietzonnecel zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van de nieuwe cel”, aldus Niansheng Xu, postdoc bij Universiteit van Linköping.
Er zijn al methoden om perovskietzonnecellen te ontmantelen. Daarbij wordt meestal gebruik gemaakt van een stof genaamd dimethylformamide, een veelgebruikt ingrediënt in oplosmiddelen voor verf. Het is giftig en schadelijk voor het milieu. Nu hebben de wetenschappers een technologie ontwikkeld waarbij water wordt gebruikt als oplosmiddel bij het ontmantelen van de afgebroken perovskieten. Vervolgens kunnen hoogwaardige mineralen weer uit de wateroplossing worden gerecycled. De volgende stap is om de methode te ontwikkelen voor grootschalig gebruik in een industrieel proces. De tijdslijnen hiervoor zijn nog onbekend.
Marktklaar
De ontwikkelingen zijn dus in volle gang, al vinden die vooral in het lab en op kleine schaal plaats. Om de zonnecellen van perovskiet klaar te stomen voor de markt, moet de productie op grote schaal net zo succesvol zijn. Er lopen diverse initiatieven om dat voor elkaar te krijgen. Zo werken negen wetenschappelijke topinstituten samen om perovskietzonnepanelen marktklaar te maken. Een ander Europees initiatief richt zich op de massaproductie van de zonnecellen. In Nederland is er het consortium SolarNL, dat werkt aan de productie van zonnepanelen op eigen bodem. Perovskietcellen zijn daar ook een onderdeel van.
Lees ook:
schrijf je in voor de nieuwsbrief
Wil jij iedere ochtend rond 7 uur het laatste nieuws over duurzaamheid ontvangen? Dat kan!
Schrijf je nu in
