Een beetje Willie Wortel heeft er vast al eens over nagedacht: kun je zonnepanelen niet stroom laten opwekken met het licht van een lamp? Het korte antwoord is: ja! Het lange antwoord: het ligt iets complexer dan dat. Het goede nieuws is dat de techniek al bestaat. Zonnepanelen voor binnen worden in de wetenschap i-PV genoemd, oftewel indoor photovoltaics. Recent werd er een wetenschappelijke doorbraak gemaakt in deze techniek, waardoor het gebruik van i-PV een stapje dichterbij komt.

De uitdaging bij i-PV is dat het licht binnen veel minder krachtig is dan buiten. Op een heldere dag kan zonlicht een intensiteit van 100- tot 130 duizend lux behalen. Binnenverlichting schommelt tussen de 50 en 1.000 lux. Toch is dat genoeg om kleine sensoren en slimme apparaten van stroom te voorzien. En precies daar ligt de grote belofte van indoor zonnepanelen voor het Internet of Things (IoT).

Van rekenmachine tot IoT-netwerk

De eerste indoor zonnecellen zaten in simpele apparaten zoals rekenmachines. Inmiddels is de technologie geëvolueerd, en maakt i-PV techniek gebruik van  geavanceerde perovskiet zonnecellen en organische zonnecellen die speciaal zijn ontworpen voor het lichtspectrum van LED’s en TL-verlichting.

Een overzichtsstudie in Nature Reviews Clean Technology laat zien dat de efficiëntie van zonnepanelen voor binnen de laatste jaren razendsnel is gestegen. Waar amorf-siliciumcellen binnenshuis nauwelijks 10 procent rendement halen, bereikende nieuwe indoor photovoltaics op basis van perovskiet zonnecellen inmiddels 30 tot 45 procent efficiëntie bij 1.000 lux.

Het theoretisch maximum ligt volgens onderzoekers zelfs rond de 50 procent, mits de gebruikte materialen goed zijn afgestemd op het binnenlicht én de elektronica slim met die energie omgaat.

Doorbraak in 2025

De meest recente doorbraak komt van een internationaal onderzoeksteam van onder meer University College London, Imperial College en EPFL. Recent publiceerden zij in Advanced Functional Materials een record: een perovskiet zonnecel voor binnen met een efficiëntie van 37,6 procent bij 1.000 lux.

De sleutel tot dit succes is een nieuwe Triple Passivation Treatment (TPT). Hierbij worden de drie stoffen rubidiumchloride, dimethyloctylammoniumjodide en fenethylammoniumchloride toegevoegd om defecten in het perovskietmateriaal af te dekken.

Deze behandeling voorkomt energieverlies door kristaldefecten in het perovskiet en verhoogt de stabiliteit. De cellen behielden namelijk 92 procent van hun rendement na 3.200 uur bij 55 graden Celsius. Daarnaast werd de stroomafvoer verbeterd dankzij een verandering in de geleidbaarheid van n-type naar p-type.

Op weg naar loodvrije en flexibele indoor zonnepanelen

Toch moet er nog een hoop gebeuren voordat dit type zonnecellen de markt zal bereiken. De huidige generatie hoogrenderende perovskiet zonnecellen bevat bijvoorbeeld nog steeds lood, een probleem voor toepassingen in consumentenelektronica. Daarom richten wetenschappers hun aandacht op loodvrije alternatieven met tin, bismut of antimoon. Deze zogenoemde materialen zijn milieuvriendelijker, maar nog niet even stabiel.

Ook de opschaling van labcellen naar flexibele modules is een uitdaging. De meeste tests worden gedaan op oppervlaktes kleiner dan één vierkante centimeter. Om commerciële toepassingen mogelijk te maken, werken onderzoekers aan printbare versies die geïntegreerd kunnen worden in labels, sensoren of displays.

De belangrijkste toepassing

Indoor zonnepanelen kunnen een groot milieuprobleem oplossen: de miljarden batterijen die jaarlijks worden vervangen in draadloze sensoren en IoT-apparaten.

Met i-PV kunnen apparaten zoals temperatuursensoren, slimme thermostaten en elektronische prijskaartjes volledig autonoom functioneren, gevoed door het licht van kantoor- of winkelverlichting.

Onderzoekers benadrukken dat samenwerking tussen zonne-energiebedrijven en IoT-ontwikkelaars cruciaal is. Alleen zo kunnen indoor-PV-modules worden afgestemd op de energiebehoefte van slimme apparaten en geïntegreerd worden met efficiënte power-managementchips.

Wat ooit begon als een idee voor in de rekenmachine, is uitgegroeid tot een belangrijke volgende stap in de verduurzaming van de energiebehoefte met zonnepanelen. Dankzij materiaalinnovaties zoals drievoudige passivatie en de ontwikkeling van loodvrije perovskieten naderen indoor zonnepanelen hun theoretische efficiëntielimiet.

In de komende jaren kunnen deze dunne, lichtgevoelige laagjes uitgroeien tot een duurzame energiebron voor miljarden IoT-apparaten gevoed door niets meer dan het licht van de lamp boven je hoofd.