Nederlandse onderzoekers maken perovskiet-zonnecellen bestand tegen vocht

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een methode gevonden die perovskiet-zonnecellen bestand maakt tegen vocht. Hierdoor blijft het rendement stabiel en is de kans groter dat de perovskiet-zonnecellen in de komende jaren in de praktijk ingezet gaan worden.

De verwachtingen voor de toepassing van perovskiet-zonnecellen zijn hooggespannen, vanwege het hoge rendement en de geringe kosten. Het obstakel voor het gebruik is echter de instabiliteit: perovskietkristallen reageren met waterdamp in de buitenlucht, waardoor het rendement in de loop der jaren afneemt.

Wetenschappers van de TU Eindhoven en onderzoeksinstituut ECN experimenteerden met het voorzien van de perovskietlaag van laagjes aluminiumoxide van een atoom dik. De laagjes zijn tussen het oppervlak van perovskietkristallen en de elektrische contactlagen geplaatst.

Door de geringe dikte van de laagjes heeft de isolerende werking van aluminiumoxide geen effect. "Ladingdragers kunnen elektrisch tunnelen door het isolatorlaagje", aldus FOM-promovenda Dibyashree Koushik van de TU Eindhoven.

De toevoeging van de lagen had een grote invloed op de stabiliteit: de onderzoekers stelden cellen met en zonder aluminiumoxide-laag twee maanden lang bloot aan vochtige lucht: de cellen mét het laagje hielden na die periode zestig tot zeventig procent van hun oorspronkelijke rendement, terwijl de referentiecellen 12 procent overhielden. Bovendien constateerden de onderzoekers dat het laagje het rendement verhoogde van 15 naar 18 procent. De reden hiervan hebben ze nog niet achterhaald.

De onderzoekers van de TU Eindhoven en onderzoeksinstituut ECN, verenigd in het collectief Solliance, hebben hun werk gepubliceerd in wetenschappelijke tijdschrift Energy and Environmental Science.

Reacties (22)

[Tijgert]

2 maanden later minimaal 30% lager rendement. En dan? Stopt de verlaging? Gaat het sneller? Heb je na een jaar nog functionerende cellen? Wat doe je om het rendement vast te houden? In vacuüm verpakken? Zoveel vragen....

[Zumpelvelder]

Het is een test in wetenschappelijk onderzoek. Geen ontwerp process naar een verkoopbare zonnecel. Het doel is niet om informatie te verzamelen over die betreffende cel, het doel is om er achter te komen of het effect heeft en zo ja waarom dat zo is. Er is geen behoefte aan statistische verbanden zoals men in het nieuws graag lijkt te vertellen, men wil er achter komen hoe de natuur/scheikundige processen werken en zo gericht kunnen zeggen: "als je het zo doet, dan krijg je dit" zonder voor elke parameter een reeks prototypes te maken. Zodra de werking princiepes bekend zijn dan gaat het bedrijfsleven praktijk gericht ontwerpen en die proto's onderzoeken naar rendement vs. leeftijd.

Het zou mij verbazen als ze die data nu niet ook al verzameld hebben maar dat soort karakteristieken zijn nu niet zo interessant aangezien ze nu eigenlijk maar gewoon een (toch wel beetje onderbouwde) gok hebben gedaan wat betreft dat laagje. Ze weten bijvoorbeeld niet waarom het rendement bij een nieuwe cel met laagje iets hoger is dan een nieuwe cel zonder laagje. Zo weten ze waarschijnlijk ook niet precies welke parameters bepalend zijn voor de levensduur.

[IceTeaGX]

2 maanden lang blootstelling aan een overdosis die enkele jaren gewoon gebruik simuleert.
Uiteindelijk zullen de panelen ook nog op andere manieren afgedekt of ingepakt worden om te beschermen tegen vuil, regen, hagel etc. Net zoals dat is met de huidige silicium panelen.

En daar komt mijn bedenking: kunnen ze die panelen niet in een luchtdichte behuizing plaatsen met een beschermende atmosfeer (N² of zo)? Vacuum hoeft niet.
Geeft natuurlijk wel problemen als deze om een of andere reden barst.

[Fairy]

Dat is op zich ook nog wel te fixen. Als ze de druk gelijk maken aan de normale druk en een 'expansievat" maken in de vorm van een soort ballon kun je dat opvangen.

Nadeel is alleen dat alle gassen uiteindelijk ontsnappen, net als met een ballon, al zou je deze dichtsmelten, uiteindelijk kan de lucht ontsnappen uit de ballon doordat het rubber de lucht niet binnen kan houden. Wil je dat tegengaan voor lange tijd dan moet je echt richting een afdichting van het niveau gasfles.

[Verwijderd]

Mijn Swarowsky verrekijker is met stikstof gevuld en is ne jaren lang gebruik nog stteds waterdicht tot op 3 meter. Dus technisch moet er geen probleem zijn voor stilliggende zonnepanelen.

[Fairy]

Water is ook veel dichter dan lucht. Een ballon met water gaat niet zomaar zweten, lucht gaat er wel veel makkelijker uit. Ook al is de stikstof er uit, dan nog kan er geen water in komen.

Ik neem aan dat de sealing van jouw kijker ook voldoet en dikker is dan een ballon, dus zit de stikstof er nog gewoon in

[aad_handgranaat]

Stikstof is inert en kan gemakkelijk zelfs door rubber pakkingen binnengehouden worden. Zeker bij lage druk. Het zit namelijk ook in gasveren. Daar zit het vaak 30 jaar lang in, en dat is vaak wel 60 tot 80 bar. En dan is de afsluiting 'gewoon' één rubber ringetje!

Alleen snap ik in de text niet dat ze het hebben over aluminiumoxide van één atoom dik. Dit kan toch alleen één molecuul zijn?

[R-v-R]

Ik vind 2 maanden blootstellen aan vochtige lucht nou niet bepaald "een overdosis".
Althans, niet voor Nederlandse begrippen
Ook in het bronartikel kan ik niet terugvinden wat de exacte test omstandigheden waren, ook daarin wordt alleen gesproken over 2 maanden blootstelling aan vochtige lucht.

[appelsientje]

Ik denk dat er echt grote waarde zit in zonnecellen, 'gratis' energie. Wat ik me echt afvraag, is het een grondstof waar je makkelijk aan kan komen?
De huidige panelen worden vooral gemaakt van siliciumpanelen, gebaseerd op een grondstof die makkelijk te verkrijgen is, volgens mij is Perovskite iets lastiger te verkrijgen https://en.wikipedia.org/wiki/Perovskite

Los dat het proces nog redelijk giftig is, waardoor het toch stukken minder schoon is. Maar goed ook daar wordt nu aan gewerkt https://www.ecn.nl/nl/nie...en-heilige-graal-of-hype/ maar er zijn nog wel wat hobbels te nemen.

Maar toch, alles beter dan olie, omdat feitelijk maar een paar landen daarvan enorm profiteren.

[Zumpelvelder]

Wat betreft je vraag, ik weet er het fijne niet van. Maar als in een productie proces giftige stoffen gebruikt worden dan wil dat niet zeggen dat dat minder schoon is. Het ligt er maar net aan wat voor stoffen het zijn en hoe daar mee om gegaan wordt. Als er bijvoorbeeld lood bij toegepast wordt en dat komt incidenteel in het grondwater terecht dan zijn denk ik de rapen gaar maar als er wat van een giftige stof incidenteel vrij komt die in de natuur afgebroken wordt is dat misschien niet zo'n direct probleem.
Wat betreft het niet-incidentele kunnen we denk ik alles relatief makkelijk/voordelig onschadelijk maken behalve nucleair afval.

[hovemt]

De perovskiet materialen die in zonnepanelen worden gebruikt hebben alleen dezelfde kristalstructuur als het mineraal perovskiet (ook wel calcium titaan oxide genoemd). De perovskiet materialen die in zonnepanelen worden gebruikt zijn veelal gebaseerd op loodverbindingen. Dit is ook de voornaamste reden van de giftigheid van de materialen.

Veel van het onderzoek gaat nu ook zitten in enerzijds het verhogen van de weerstand tegen vocht, zoals bovenstaand onderzoek, of naar alternatieve materialen waarin geen loodverbindingen zitten.

[Fairy]

Zonne energie heeft zeker grote waarde, mijn huis ligt ook vol.

Het enige wat wij nog missen is efficiënte opslag, zolang dat er niet is in een betaalbare en 'groene' vorm kunnen we niet volledig over.

Ik denk dat in de toekomst wind en zon de grootste energievormen gaan worden voor ons, maar dan moet opslag eerst voor elkaar zijn, niet voor een nacht, maar ook om een winter te overbruggen. Het moet dan ook automatisch al decentraal, want 2000kWh opslaan in je huis, in welke vorm dan ook zal een potentiële bom zijn van groot formaat.

[Reactie gewijzigd door Fairy op 31 juli 2024 13:58]

[r_j]

Daarom volg ik al jaren Ambri (http://www.ambri.com , voorheen Liquid Battery). Zij hebben een accu met potentieel onderhoudsvrije technologie, maar doen (nog) niets aan residential systems. Zij bouwen op dit moment alleen test sites in de grid.
Ik heb ze al eens aangeschreven, maar krijg weinig gehoor voor de vraag voor een home systeem.

[Verwijderd]

Het zou mooi geweest zijn als je een grote watertank als energieopslag kon gebruiken. Een huis bouwen op een watertank in de grond zou snel miljoenen liters betekenen die de hele zomer opgewarmd kan worden en hele winter mee zou kunnen gaan, en vooral heel veilig zijn voor mens en milieu. Water kan veel energie vasthouden maar voorkomen dat deze langzaam weglekt en efficiënt weer omgezet kan worden naar stroom (hoe efficiëntent gebeurt dit bij een kerncentrale?) lijkt mij het grootste probleem. Aardwarmte aftappen vind ik eng omdat je op die manier ook energie verplaatst van aardkern naar het oppervlak en zo global warming veroorzaakt en aarde sneller afkoelt, ongeacht hoe gering het effect, maar een watertank heel diep in de grond die je zomers opwarmt en warm houdt en weer aftapt in de winter brengt het misschien weer in balans. Op 10km diepte is het al boven de 35 celcius meen ik. Kunnen ze misschien oude kolenmijnen voor gebruiken.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 31 juli 2024 13:58]

[BenVenNL]

Jammer, maar niet voor de consument. Ik bedoel, die geringe kosten. Zolang de consument accepteert dat zij de panelen in 8-10 jaar terug verdiend zal de prijs daar ook naar zijn en alle winst naar de producent en handelaren gaan.

Misschien een langzame prijserosie als de concurrentie toeneemt, maar dat kost tijd.

[watercoolertje]

Tja zo werkt de economie, wat jij zegt gaat eigenlijk altijd op, voor vrijwel alles.

Neemt niet weg dat ze als ze uitkomen ze moeten concurreren met bestaande zonnecellen en dus hoogstwaarschijnlijk ook goedkoper op de markt zullen komen...

Ik snap alleen het titel/artikel niet, het titel suggereert dat ze geen last meer hebben van vocht, maar het artikel spreekt enkel van een verbetering, maar alsnog lijkt het er op dat je ze na een jaar weg kan gooien...

[Reactie gewijzigd door watercoolertje op 31 juli 2024 13:58]

[BenVenNL]

Misschien een zeer vochtige omgeving. Om op korte termijn duidelijk het effect te kunnen waarnemen.
Waarschijnlijk stond het vochtniveau gelijk aan 25 jast onder normale condities ofzo.

Producten van mijn werkgever worden ook in 16 uur getest bij TNO op de invloeden van temperatuurspanningen over een theoretische periode van 25 jaar ...

[Reactie gewijzigd door BenVenNL op 31 juli 2024 13:58]

[azortje]

Uit de link: “De complete cellen werden verder niet beschermd met vocht afsluitende verpakking.”

Dit suggereert inderdaad dat ze zijn blootgesteld aan extreme omstandigheden.

[Verwijderd]

Veel producenten en handelaren hebben nochtans moeite om iets te verdienen aan zonnepanelen. En een terugverdientijd voor de consument van 8-10 jaar is geen slechte deal, voor zonnepanelen die een verwachte levensduur hebben van 20-25 jaar.

[Fairy]

8-10 is eigenlijk te lang. Wat je vergeet is dat inverters soms eerder stuk gaan waardoor er weer een flinke investering nodig is. Dit weerhoud veel mensen er ook vak.

PS. Ik heb zelf 25 panelen op mijn dak en er komen er binnenkort nog wat bij, maar heb er zelf ook mee te maken gehad, gelukkig wel met een kleine inverter, niet de grote.

[Verwijderd]

8-10 jaar is misschien "lang", maar het levert wel een interessant rendement, zeker in tijden van lage rentevoeten. Soms is het ook minder. Ik heb hier in België door allerlei subsidiëringen mijn installatie zo goed als gratis. Het probleem is voor mij eerder de vaste netvergoeding, die een deel van het rendement aanvreet.

Een inverter kost tot 15-20% van de installatie en moet wellicht na een jaar of 10 vervangen worden inderdaad. Maar dat doet niets af van de terugverdientijd.

[migjes]

prijzen van panelen dalen wel, en best aardige hoeveelheden.

alleen een setje op dak, bestaat uit meer als alleen panelen.
bevestiging klemmen + omvormer + groep, etc etc..
kosten ook geld, en daar zie je een minder harde daling.

ook de persoon die voor je het dak opklimt, die wil ook kaas op zijn brood.
en dat zijn flinke kosten op het geheel, die tikken stiekem best hard aan.

ook het wegvallen van 2ct belasting op de stroom. (voor de BTW).
maakt het terugverdienen wat langzamer.
waar we 2 jaar geleden nog 21-22ct per kWh betalen, zakt de kWh prijs op het moment naar de 17-18ct. (ook de lage olie prijs helpt hier aan mee.)
erg dynamische markt die stroom prijzen, het is dat we er belasting over moeten betalen dat dempt de dynamiek iets (maar ook de belasting is dynamische aan het worden. wie weet wat ze van plan zijn na de verkiezingen. )