Sinds enkele jaren duiken ze steeds vaker op in artikelen en onderzoeken met betrekking tot zonnepanelen: Perovskieten, zonnecellen vernoemd naar een mineraal waarvan het bestaan circa twee eeuwen bekend is. Maar wat doen deze cellen precies? En waarom valt onze aandacht er nu pas op? Onderzoekers van Dutch New Energy Research leggen het uit.

Perovskiet is de naam voor een mineraal dat natuurlijk ontstaat in gesteente. De moleculen van dit materiaal zijn georganiseerd in een bepaalde structuur. Wanneer je die structuur namaakt krijg je een materiaal dat als zonnecel kan worden gebruikt. Onderzoeker Steven Heshusius van Dutch New Energy: “Perovskiet zonnecellen zijn, in tegenstelling tot monocrystalline siliciumcellen, niet direct geproduceerd van de stof  waar ze de naam van dragen. Ze bestaan uit combinaties van bijvoorbeeld lood of tin met verschillende in-organische moleculen die in eenzelfde kristalachtige structuur als het perovskietmineraal worden verwerkt. Deze productie is relatief eenvoudig, het vergt geen zeldzame grondstoffen en verbruikt minder grondstoffen. Alles bij elkaar zorgt dit ervoor dat de techniek op termijn goedkoop is op te schalen.”

Bij de eerste proef met dergelijke cellen werd slechts 3,8% stroomconversie-efficiëntie (PCE) gegenereerd. Het vermogen om licht om te zetten in elektriciteit is wellicht het belangrijkste kenmerk van een zonnecel. Waar de eerste test niet direct spraakmakend was, zijn het de stormachtige ontwikkelingen van de laatste 12 jaar (de huidige efficiëntie is maar liefst rond de 25,5%) en de mogelijkheid voor verdere kostenreductie van zonnecelproductie, die zorgen voor het enthousiasme over deze relatief nieuwe techniek.

Basis van een zonnepaneel

In de basis doen perovskietzonnecellen niets anders dan een conventionele zonnecel, legt Heshusius uit. “De moleculen of atomen in een cel kunnen licht opvangen met hun elektronen (red. kleine geladen deeltjes). Door de opgevangen energie uit het licht worden deze elektronen in beweging gezet, er ontstaat een stroom van elektronen. De energie uit deze stroom kan worden opgevangen. Hoeveel of welke kleur licht er kan worden opgevangen en hoe goed de stroom gaat lopen hangt af van de moleculen en atomen in een paneel. Een voordeel van perovskiet is dat je dit materiaal kan aanpassen om de energie uit verschillende kleuren licht efficiënter te kunnen omzetten in stroom.”

Materiaal gebruik & stabiliteit

“Er zitten ook nadelen aan het gebruik van perovskietcellen”, gaat Heshusius verder. “Zo hebben perovskietstructuren vanaf het begin te kampen gehad met problemen op het gebied van stabiliteit. Hoewel er op dit vlak de laatste jaren ook veel vooruitgang is geboekt, kunnen de perovskieten uit elkaar vallen en de zware metalen vrijkomen.” Dit leidt niet alleen tot een beperking van de opbrengst, maar stelt ook extra eisen aan de kwaliteit van de inkapseling van panelen. De hoeveelheid giftige stoffen is op zichzelf laag ten opzichte van het gebruik bij bijvoorbeeld de productie van batterijen. “Bij toepassing van perovskieten op Gigawatt-schaal is het echter wel belangrijk zeker te weten dat dit soort grondstoffen niet vrij kunnen komen.”

Volgende generatie

De productiecapaciteit van monocrystallinepanelen neemt nog ieder jaar toe. Het is dan ook moeilijk voor te stellen dat een andere techniek deze rol zomaar overneemt. “Juist wanneer perovskieten worden gecombineerd met bijvoorbeeld het monocrystalline materiaal kan een conversie-efficiëntie van boven de 30% worden behaald.” Als de stormachtige ontwikkeling zich verder doorzet zullen perovskieten vermoedelijk ook tot pv-toepassing in bijvoorbeeld ruiten of andere oppervlaktes leiden. Met schaalbare, betaalbare, flexibele productie zijn de mogelijkheden eindeloos, aldus Heshesius.