Imec behaalt omzettingsefficiëntie van 27,1 procent met perovskietzonnecel

Het Belgische onderzoeksinstituut Imec heeft met een op perovskiet en silicium gebaseerde fotovoltaïsche cel een omzettingsefficiëntie van 27,1 procent gehaald. Dat is volgens de onderzoekers hoger dan de meeste zonnecellen die alleen van silicium gebruikmaken.

De onderzoekers verwachten dat het in de toekomst mogelijk is om met perovskiet een percentage van meer dan dertig te halen, al zegt het instituut niet wanneer dat punt naar verwachting wordt bereikt. Dit percentage wordt volgens het Imec mogelijk door het perovskiet zorgvuldig te produceren; de absorptie van zonlicht in het materiaal minimaliseert dan het warmteverlies in een zonnecel die van silicium is gemaakt. In augustus vorig jaar kwam het Imec met een vergelijkbare combinatie van perovskiet en silicium nog tot een efficiëntie van 16,7 procent. Het bedrijf Oxford Photovoltaics haalde vorige maand al een efficiëntie van 27,3 procent.

Het percentage van 27,1 en de 16,7 van vorig jaar werden gehaald in een fotovoltaïsche module waarin perovskiet en silicium als een tandem zijn aangebracht. Daarbij wordt een speciaal ontwikkelde perovskietcel van 0,13cm² op een ibc-cel van silicium van 4cm² geplaatst. Bij het opschalen van de tandem, waarbij een perovskietmodule van 4cm² op de ibc-cel met dezelfde oppervlakte wordt geplaatst, werd al een efficiëntie van 25,3 procent gehaald. Dat is volgens de onderzoekers hoger dan de zelfstandige efficiëntie van de siliciumcel.

Imec zegt dat perovskietmicrokristallen gebruikt kunnen worden om semitransparante modules te maken die goedkoop zijn om te produceren en een hoge absorptie-efficiëntie voor zonlicht hebben. Doordat ze semitransparant zijn, kunnen perovskietzonnecellen en deze modules ook op bestaande siliciumzonnecellen worden gebruikt.

Zonnecellen die bestaan uit perovskietkristallen zijn in principe net zo efficiënt als reguliere zonnecellen, die zijn gebaseerd op het traditionele silicium, maar kunnen uiteindelijk wel leiden tot lagere prijzen, omdat perovskiet relatief goedkoop is. Het materiaal bestaat uit een kristalachtige, breekbare structuur die lijkt op die van zout. Perovskiet is erg onstabiel en de kwaliteit kan snel achteruitgaan als het wordt blootgesteld aan hitte, vocht of mechanische trillingen. Waarschijnlijk heeft het instituut net als vorig jaar cesium-lood-bromide gebruikt, een ander soort, niet-organisch perovskietmateriaal, waarmee onder meer de stabiliteit is verbeterd.

Reacties (43)

[W. Coumans]

Als ik het goed begrijp gaat het hierbij om de efficiëntie van één cel. Van een hele module/ heel paneel zal dat wel iets minder zijn. Even ter vergelijking; de 300Wp JA Solar panelen die ik heb hebben een module efficiëntie van 18,35%. Misschien handig om in het artikel erbij te vermelden wat de gemiddelde efficiëntie van een silicium paneel is.

[Reactie gewijzigd door W. Coumans op 22 juli 2024 21:15]

[GeoBeo]

Als ik het goed begrijp gaat het hierbij om de efficiëntie van één cel. Van een hele module/ heel paneel zal dat wel iets minder zijn. Even ter vergelijking; de 300Wp JA Solar panelen die ik heb hebben een module efficiëntie van 18,35%. Misschien handig om in het artikel erbij te vermelden wat de gemiddelde efficiëntie van een silicium paneel is.

Als je dan compleet wilt zijn, zou er ook bij moeten staan bij welke temperatuur die efficiëntie behaald is en wat de efficiëntie bij 50 C is (hint: veel lager), welke golflengtes (zonlicht mix of slechts 1 golflengte), bij welke hoek tot de lichtbron (een silicium zonnepaneel dat plat licht zet slechts 1/5e om van eentje die naar de zon gericht staat), enz enz...

[djexplo]

Hier voor is de Europese "IEC standaard 61215".
Deze beschrijft met welk licht-spectrum, temperatuur, etc. de conversie efficiëntie kan worden berekend.
Daarnaast bevat de standaard ook hoe je verwachte levensduur van een paneel moet bepalen. Daarnaast zijn er nog want andere opvolgende IEC standaarden die verder uitbreiden naar omzetting naar 230 (etc.)

Oftewel resultaten van Europese partijen mag je 1 op 1 vergelijken. Maar buiten de EU kunnen andere richtlijnen worden gehanteerd.

[Elefant]

Temperatuur is inderdaad belangrijk. Het rendement daalt sterk bij hoge temperatuur. Een slimme oplossing is de Solar SunFlower waarbij elektriciteit en warmte worden geoogst en een rendement van 80% wordt gehaald. Daarbij gebruikt men het soort van koeling dat IBM ontwikkeld heeft om warmte te onttrekken van processors in supercomputers en weet men deze nuttig aan te wenden.

[AndrewF]

Kan je "een rendement van 80%" verduidelijken? Dat lijkt heel hoog als dit artikel gaat over slechts 27,3%.Volgens https://en.wikipedia.org/...File:PVeff(rev180716).jpg geraken we voorlopig nog niet verder dan 46%.

[Elefant]

Omdat hier naast de elektriciteit ook de warmte wordt gewonnen. Met spiegels wordt alle zonlicht op een brandpunt geconcentreerd met zonnecellen. Het oppervlak van de zonnencellen wordt zo heet genoeg worden om staal te smelten, maar met microkanalen wordt de warmte direct weggeleid met water waardoor je een enorme hoeveelheid licht op een klein oppervlak kan ontvangen en te temperatuur laag kan houden. De weggeleide warmte wordt dan weer gebruikt. Tot nu toe was het of of. Je gebruikt of zonnepanelen en de warmte is waste en lastig. Of je gebruikt spiegels en verhit daarmee vloeibaar zout. Dit apparaat combineert die twee. Omdat je maar heel weinig zonnecellen nodig hebt kan je dure maar superefficiente (38%) gallium-arsenide (GaAs) zonnecellen gebruiken. Nadeel is dat ondanks het hoge rendement de opbrengt van een de totale opstelling vrij laag is (12Kw elektrische en 21Kw termische energie) ten opzichte van de investering (tienduizenden euro's). De afgevoerde warmte zou je kunnen gebruiken voor warm water, en verder opslaan in grondwater, zodat je het er later met een warmtepomp weer uit kan halen voor verwarming. Het lijkt me wel handig voor energievoorziening van groepjes huizen op afgelegen plaatsen. Hoe directer je de gewonnen warmte kan inzetten, hoe efficienter het werkt. Misschien interessant voor ontzoutingsinstallaties in warme streken, daarvoor is warmte nodig.

[Reactie gewijzigd door Elefant op 22 juli 2024 21:15]

[AndrewF]

Bedankt Elefant voor de leesbare uitleg!

[D0gtag]

Deze onderzoekers zijn bezig met een innovatieve techniek om te koelen waarbij dit ook zeer interessant is voor zonnecellen.
Skycool systems is hun bedrijf geworden.

[MSalters]

80% lijkt aaardig, maar dat is alleen omdat ze de warmte meetellen als energie.

Warmtepompen halen een rendement van meer dan 400%, dus een 27% zonnecel in combinatie met een 400% warmtepomp produceert meer dan 1 Watt aan warmte voor elke Watt aan zonnestraling. Dat si dus meer dan 100%. Geen perpetuum mobile, uiteraard: de extra warmte komt uit de omgeving van de warmtepomp.

't Wordt natuurlijk wel duur, zo'n combinatie.

[Ayporos]

400%? hoe? genereren ze energie vanuit het niks?

Die 'warmte vanuit de omgeving van de warmtepomp' moet ook ergens vandaan komen natuurlijk en als je die warmte onttrekt dan gaat ie weg en zal je rendement dus dalen tenzij er nieuwe warmte aangevoerd blijft worden... Maar ik ben wel benieuwd waar die 400% op gebaseerd is.

[Isocadia]

Nou, ik stop 1 watt in de warmtepomp en er komt 4 watt uit
Je stopt energie in een systeem welke warmte onttrekt aan de omgeving. Nu zijn er processen waarbij er meer warmte aan de omgeving onttrokken kan worden per watt dan dat er met diezelfde watt in een warmte element opgewekt had kunnen worden. Zo komen ze tot rendementen boven de 100%. Lucht is er immers genoeg en zelfs als er geen wind aanwezig is kan je ontzettend veel 'omgeving' aanvoeren met een heel lullig ventilatortje.

[MSalters]

Vergeet niet: een groot deel van de warmte komt uit de 72,9% van de zonnestraling die niet in elektriciteit wordt omgezet. En ook de omgeving van de zonnecellen zal door de zon verwarmd worden.

[Ayporos]

"Warmtepompen halen een rendement van meer dan 400%, dus een 27% zonnecel in combinatie met een 400% warmtepomp produceert meer dan 1 Watt aan warmte voor elke Watt aan zonnestraling. Dat si dus meer dan 100%. Geen perpetuum mobile, uiteraard: de extra warmte komt uit de omgeving van de warmtepomp"

Dát daar is niet correct. Wat daar had moeten staan is:
"1 Watt aan warmte voor elke Watt aan zonnestraling welke op je zonnecel is gevallen"
De overige energie (welke níet direct van de zonnecel afkomstig is) komt uiteindelijk alsnog van andere zonnestraling vandaan natuurlijk want realistisch gezien is álle energie die wij hier op het oppervlakte van planeet aarde gebruiken direct of indirect afkomstig van de zon. Ook diesel stoken is een indirecte vorm van zonne-straling gebruiken.
En dát is waarom ik het een beetje vreemd vind om te zeggen dat iets een rendement van meer dan 100% kan hebben.

[Reactie gewijzigd door Ayporos op 22 juli 2024 21:15]

[friend]

Oxford PV zat in juni al op 27.3%:
https://www.perovskite-in...273-conversion-efficiency

[Koekiemonsterr]

Dank, die voeg ik nog even toe.

[YouKnow]

Je haalt de bovengenoemde 27.3% daarna aan als 27.1% overigens, maar noemt 't vorig jaar ipv vorige maand. Maar misschien doel je op het rendement van Imec (maar dan is 't niet weer vorige maand/vorig jaar).

[Reactie gewijzigd door YouKnow op 22 juli 2024 21:15]

[laptopleon]

cesium-lood-bromide

Ik hoop dat het lukt hier iets anders voor te vinden. Dit zijn niet de stoffen die je overal wil gaan gebruiken bij de bouw van huizen etc.

[DwarV]

Ik ben wel benieuwd waarom je dat vindt? Ik kan zo snel niet vinden of deze verbinding schadelijk is voor je.

edit: wiki to the rescue; voor Caesium bromide is er risico op luchtweg en huid irritatie (https://en.wikipedia.org/wiki/Caesium_bromide).

Geen idee of dat ook voor de loodverbinding geldt echter. Lood op zichzelf wordt (voor zover ik weet) al jaar en dag gebruikt op daken van huizen.

[Reactie gewijzigd door DwarV op 22 juli 2024 21:15]

[procyon]

Over het algemeen veranderen eigenschappen volledig zodra er een verbinding met een ander element is toch? Ik bedoel, natrium is vrij explosief wanneer je het in water gooit en chloride is ook al niet zo lekker om binnen te krijgen. Die twee elementen met elkaar verbonden maakt gewoon keukenzout.

[dehardstyler]

Ja grappig is dat inderdaad. Net zoals de salmiak in je drop: waterstofchloride (zoutzuur) + ammoniak => salmiak
Ik hoef van beide grondstoffen niet te zeggen of die giftig zijn denk ik.

edit:typo

[Reactie gewijzigd door dehardstyler op 22 juli 2024 21:15]

[Bi00]

Niet zoutzuur maar salpeterzuur. Vandaar de sal in salmiak

[pbruins84]

Ehh, salmiak is ammoniumchloride, geen ammoniumnitraat. Wordt dus gemaakt van zoutzuur, niet van salpeterzuur.

[Bi00]

Je hebt helemaal gelijk. weer wat (af)geleerd.

[laptopleon]

Bromide en lood zijn zeer giftig. Cesium heeft een zeer kaag smeltpunt en reageert met zo'n beetje alles. Dat er een stabiele verbinding van is wil nog niet zeggen dat dat altijd zo blijft.

Lood is nog steeds niet verboden op daken, maar wel omstreden.

Lood wordt op termijn verboden in de beroepsvisserrij, zoals het al verboden is (o, ironie) in de loodgieterij – voor drinkwaterleidingen en dergelijke dan.

Het 'historisch argument' (wordt sinds jaar en dag gebruikt) is vaak geen sterke. Asbest ligt ook nog steeds op allerlei daken. Lood werd als decennia als smeermiddel aan benzine toegevoegd, ook toen men al lang wist dat het giftig was.

De verbinding op zich zal wel stabiel zijn maar het is niet handig om die stoffen massaal te gaan produceren hiervoor. Er komt altijd een deel in het leefmilieu terecht. En hoe zit het met het hergebruik? Ik heb een blauwe maandag bij een sloopbedrijf gewerkt en die kijken niet zo nauw. Liefst stoppen ze alles op één hoop en daarna in de shredder.

Afhankelijk van de verhouding lijkt me dit geen eindstation omdat cesium volgens wikipedia vrij zeldzaam is, dus duur wordt op het moment dat je er massaal zonnecellen van gaat maken, en dat was nou net niet de bedoeling, begrijp ik uit het artikel.

[MSalters]

Ja, volgens die logica is keukenzout ook supergiftig. Cesium is een alkali-metaal net zoals natrium, bromide is een halogeen net zoals chloor. Los zijn die elementen allemaal reactief, in een verbinding zijn ze dat niet meer. Dat ze in het milieu komen is ook geen probleem - ze komen als niet-giftig ion in het milieu.

Lood is een ander verhaal. Lood is niet giftig vanwege de reactiviteit, maar omdat het een zwaar metaal is wat ophoopt in weefsel. Dat is ook het geval voor lood-ionen. Die moet je uit het milieu houden.

Gelukkig is cesium duur, zoals je zegt. Dat maakt recycling rendabel. Ook het lood in deze verbinding zal dus bij de recycler eindigen.

[dwwolf]

Smeermiddel ?
Dat was de zwavel in de benzine/diesel.

Lood werd in tetraethyllood als antiknocking agent gebruikt in benzine voor autos.

Overigens nog steeds voor sommige luchtvaartbrandstoffen.

[laptopleon]

Beide is waar: TEL werkt smerend, als anti-knocking en octaanverhogend.

https://www.lenntech.nl/tetraethyllood.htm

[WillySis]

Even in de literatuur gezocht, maar over de eventuele schadelijkheid kan ik niets vinden. Het tegendeel overigens ook niet.
De componenten van het goedje apart zijn allemaal schadelijk, maar dat zegt niets over de verbinding. De verbinding lijkt langdurig (>10 jaar) stabiel. Voor de gezondheid lijkt er vooralsnog geen probleem, maar dat zei men over bv asbest ook.

[Snipperhoofd]

Hierin wordt bewezen dat lood uit zogeheten CsPbBr3 quantum dots lekt indien het ondergedompeld wordt in water: http://nanowires.berkeley...-interfaces-2016-Raja.pdf

Er wordt al veel onderzoek gedaan naar het vervangen van lood in het perovskiet, maar helaas gaat dat gepaard met rendementsverlies en/of verhoogde instabiliteit.
https://www.sciencedirect.../S2468606917301363#bib223

[WillySis]

Voor de gezondheid zullen die gelekte quantum dots niet veel uitmaken. Die worden wel weer ergens anders opgenomen. Lood is wel de meest instabiele factor in het Perovskiet.

[Verwijderd]

Tenzij je meer weet, valt zomaar niet uit te maken of CsPbBr3 een problematische stof is.
Chloor is ook een te mijden stof, maar het brengt in NaCl wel je maaltijden op smaak.

[thunder7]

Het is in ieder geval problematisch niet omdat veel mensen zonnepanelen eten, maar wel omdat er dus allerlei exotische (cesium) of giftige (lood) grondstoffen nodig zijn om ze te maken. Wat dat betreft lijkt het mij nuttiger alle lege daken met inefficiënte, ouderwetse panelen met silicium (zand dus) vol te leggen,

[Puffino]

En wat is er nodig om "zand" zover te krijgen dat het een zonnecel wordt? Is de vervuiling afhankelijk van de grondstof, of van de verwerking?

[TWyk]

Silicium panelen bevatten ook andere stoffen zoals bijvoorbeeld Indium.
Niet zo maar wat zand dus

[23m3]

Bij de productie van zonnepanelen werd/wordt er ook gebruik gemaakt van het zeer giftige cadmiumchloride. Ook al is dat geen grondstof, het is wel mileubelastend en voor de mensen die ermee werken ook riskant.

[Iblies]

Eigenlijk kan er relatief weinig met de claims als het niet leid tot realistische prognoses.


Het materiaal kan goedkoper zijn, maar als het meer handelingen nodig heeft met andere stoffen om ervoor te zorgen dat die langer mee kan, wordt het product dan ook zoveel goedkoper.

[multikoe]

Ik hoef geen realistische prognose. Zou mooi zijn, maar elke prognose is giswerk. Voor mij is het enige dat telt dat er kennelijk nog steeds progressie wordt geboekt in de ontwikkeling van zonnecellen. Alle grafieken die ik vind wijzen op een gestage afname in de prijs per Kwh voor zonnecellen. Dat zijn prima ontwikkelingen.

[LOTG]

Perovskiet is erg onstabiel en de kwaliteit kan snel achteruitgaan als het wordt blootgesteld aan hitte, vocht of mechanische trillingen.

Je zou bijna denken dat dit het minst efficiënte materiaal is om op je dak te leggen. Vooral kan slecht tegen hitte vind ik een eigenaardige eigenschap voor iets wat je in de volle zon wilt leggen.

Vocht is ook een risico, natuurlijk wil je dat een cel waterdicht is maar ze liggen natuurlijk niet buiten in de meest gunstige omstandigheden.

En trillingen, niet geschikt voor plekken in de buurt van luchthavens en Groningen?

[jellebaris]

Of de trillingen van hagelstenen??

Als ze hier niet zonder veel kunst en vliegwerk een stabiele zonnecel van kunnen maken dan maakt alle efficientie in de wereld niets uit en is het geen haalbaar systeem. Ze zijn hier nu al jaren mee bezig en ik begin te twijfelen aan de efficientie van het gebruikte onderzoeksgeld hiervoor

[cappie]

Wanneer gaan we nou eens nieuwe zonnepanelen zien dan? ik heb 't idee dat die shit al jaren lang stilstaat.. 1000W panelen zijn nog steeds net zo groot en onbetrouwbaar (micro fractures all over the fucking place, of ze nou uit Duitsland of China komen).

[-=bas=-]

Inderdaad. Onderzoekers staren zich helemaal blind op efficientie.
De prijs/prestatie verhouding is veel belangrijker.
Want de meeste lab resultaten kunnen helemaal niet omgezet worden in een praktisch proces voor massaproductie.
De thin-film zonnecellen waren ook de belofte voor de toekomst.

[ChAiNsAwII]

Ik dacht dat 25% het hoogsthaalbare was, niet dus.