Laatst bewerkt op: 09 jun 2020
Onderzoekers van het Duitse Fraunhofer Instituut voor zonne-enegie (Freiburg) hebben een zonnecel ontwikkeld die een rendement van maarliefst 41.1% haalt. Het invallende licht wordt tot een factor 454 geconcentreerd en gericht op een kleine (slechts 5 mm2!) zonnecel. Deze zonnecel bestaat uit meerdere lagen, waardoor een groter deel van het zonlicht gebruikt kan worden voor omzetting naar elektriciteit. De lagen bestaan uit respectievelijk GaInP (gallium indium fosfide) en GaInAs (gallium indium arsenide) op een substraat van germanium.
“We zijn erg bij met deze doorbraak,” aldus groepsleider Frank Dimroth van het laboratorium. “Ons team gelooft al sinds het begin in het concept. Het succes dat we behaald hebben, hebben we te danken aan jarenlang toegewijd werk.” De materialen van elke laag zijn bijzonder geschikt om specifieke delen van het zonne-spectrum te absorberen. Om de verschillende lagen aan elkaar te ‘lijmen’ is een speciale techniek nodig, die metamorfe groei heet. Deze noodzaak komt voort uit het feit dat de materialen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld silicium, geen constante afstand hebben tussen de atomen. Hierdoor ontstaan defecten (dislocaties) op plaatsen waar de verschillende materialen elkaar ontmoeten. Het zijn deze defecten die het rendement drastisch omlaag halen.
De onderzoekers zijn er echter in geslaagd de defecten te laten ontstaan op plaatsen waar de zonnecellen nauwelijks elektrisch actief zijn. Het resultaat is dat de actieve, belangrijke, delen van de cel weinig defecten vertonen – een voorwaarde voor het behalen van maximaal rendement. “Dit is een bijzonder goed voorbeeld van hoe het beheersen van onvolkomenheden in een kristal kan leiden tot technische doorbraken,” aldus directeur prof. Eicke R. Weber. De nieuwe techniek geeft onderzoekers de mogelijkheid een groot aantal materialen te combineren, wat ik in het verleden niet of nauwelijks mogelijk was. Het is wel belangrijk dat iedere laag dezelfde stroomsterkte levert, omdat de laagjes in serie geschakeld zijn en dus gelimiteerd worden door de zwakste component.
De nieuwe cellen passen qua bandgap nagenoeg perfect bij het zonlicht zoals wij dat op aarde ontvangen. Het is onder meer om deze reden dat de cellen zo efficiënt zijn. Met een concentratiefactor van 454 werd een rendement van 41.1% bereikt. Werd de concentratie nog verder opgeschroefd naar 880 zonnen, dan halen de cellen ondanks de temperatuur alsnog een rendement van 40.4%. Dit maakt de cellen perfect geschikt voor toepassing in een concentrerende zonnecollector, een type zonnecollector dat vooral goed toepasbaar is in landen met relatief veel zonneschijn. Het laboratorium werkt samen met de bedrijven Azur Space en Concentrix Solar om de technologie zo snel mogelijk marktwaardig te krijgen. “Deze cellen zijn de meest effectieve manier om de kosten voor het opwekken van zonne-energie te verlagen,” aldus afdelingshoofd Dr. Andreas Bett. “We willen dat zonne-energie zo snel mogelijk concurrerend wordt met conventionele elektriciteit. Met deze nieuwe resultaten is dit doel een stap dichterbij!”
Bron: Solarserver
Foto: Fraunhofer instituut voor zonne-energie<
