Nijmeegse onderzoekers behalen record met efficiënte zonnecel

Onderzoekers van de Nijmeegse Radboud-universiteit zijn erin geslaagd het wereldrecord voor de meest efficiënte zonnecellen op hun naam te zetten. De cellen kunnen 25,8 procent van het zonlicht in elektriciteit omzetten.

Het vorige record voor de efficiëntie van zonnecellen werd gevestigd door zonnecellen die een efficiëntie van 24,5 procent behaalden. Het Fraunhofer Institut, een Duitse organisatie die als certificeerder van zonnecellen optreedt, stelde de recordefficiëntie van 25,8 procent vast. In de toekomst zouden de efficiënte zonnecellen steeds vaker in commerciële toepassingen kunnen worden ingezet. De enkelvoudige zonnecellen die het record verbraken werden gemaakt van galliumarsenide. Zonnecellen van dat materiaal worden primair in de ruimtevaart gebruikt, aangezien het hoger rendement de hogere prijs vergeleken met siliciumcellen compenseert.

De Nijmeegse onderzoekers wisten het recordrendement te halen door galliumarsenide-kristallen van zeer hoge kwaliteit te gebruiken. Op een wafer werd een laagje van zo'n 5nm aangebracht, dat later door een etsmiddel zou worden weggehaald. Daarboven dampten de onderzoekers een laagje zuivere kristallen op die de zonnecellen zouden vormen. Een laag plastic werd aan de galliumarsenide-laag geplakt en zou later als nieuw, goedkoop en lichtgewicht substraat dienst doen. Vervolgens werd het 5nm-laagje tussen de wafer en de zonnecellen weggeëtst, waardoor de cellen als dun laagje op het plastic geplakt zaten. Deze zogenoemde epitaxiale lift-off methode kan zich, na polijsten van de wafer, steeds herhalen, waardoor duur en zwaar substraat niet verbruikt wordt.

De wetenschappers wisten op deze manier substraatvrije zonnecellen te produceren die net zo effectief bleken als zonnecellen op een wafersubstraat. Het Fraunhofer Institut nam een rendement van 25,8 procent bij de dunne-filmcellen waar, terwijl de zonnecellen op wafersubstraat 25,9 procent efficiëntie haalden. De zonnecel met hoge efficiëntie is slechts een klein deel van het onderzoek naar zonnecellen bij de Radboud-universiteit. De onderzoekers maken ook gebruik van andere zogenoemde III-V-materialen, die zo genoemd worden naar hun plaats in het periodiek systeem, zo vertelde John Schermer van de univerisiteit aan Tweakers.net. Dergelijke materialen, waar ook indiumgalliumfosfide (InGaP) deel van uitmaakt, kunnen gebruikt worden om meerlaagse zonnecellen te maken, die een nog hoger rendement vertonen.

Om nog meer materiaal te besparen, maakten de Radboud-onderzoekers gebruik van de, voor de elektrische contacten benodigde, metaallaag achter de zonnecellen. Goud bleek zeer goed als reflector te functioneren en kon worden gebruikt om de noodzakelijke verbindingen tussen de cellen te leggen. Volgens Schermer kunnen verdere rendementsverbeteringen gehaald worden door de samenstelling van de III-V-materialen en de hoeveelheid halfgeleiderlagen te variëren. Ook het gebruik van concentrators voor zonlicht kunnen helpen: de zonnecellen kunnen licht dat vijfhonderd keer geconcentreerd wordt zonder actieve koeling verwerken. Bedrijven zouden interesse hebben om de minder efficiënte silicium-zonnecellen in hun concentrators te vervangen door de efficiëntere zonnecellen waar bij Radboud aan wordt gewerkt.

Reacties (45)

[JeroenH]

Slechts een paar mensen hebben het door: dit is een heel mooie prestatie, maar het zal niets bijdragen aan een grootschaliger inzet van zonnestroom op korte termijn. Wat daarvoor nodig is is een doorbraak in de prijs per Watt-piek.

In verreweg de meeste gevallen is nl. niet een gebrek aan ruimte wat de plaatsing van zonnestroompanelen tegenhoudt, maar een gebrek aan geld (of nauwkeuriger: een gebrek aan wil om een X bedrag aan zonnestroompanelen uit te geven).

Dus wat pas écht revolutionair nieuws zou zijn is iets in de trant van "Nijmeegse onderzoekers behalen record met goedkope zonnestroompanelen; slechts € 1 per Watt-piek. "

Maar mij maakt allemaal niet zoveel uit, ik geniet al een paar jaar van onze eigen zonnestroompanelen

[SuperDre]

Nu nog een manier om te zorgen dat je de zonnecellen kunt gebruiken in elke kleur die je maar wenst zodat je hiermee bv een oppervlakte kunt bedekken zonder dat het er lelijk uit ziet..

[boner]

milieu onvriendelijke stoffen gebruiken voor het maken voor een groene energiebron......

GaAs is niet voor niets nooit in de chipindustrie gebruikt.

[Reactie gewijzigd door boner op 24 juli 2024 04:55]

[Verwijderd]

Si is niet bruikbaar als zonnencel vanwege de indirecte bandkloof. Dit is de energiekloof tussen elektronen in de "valentieband" (geen geleidingselectronen) en de vrije, geleidende elektronen in de hoger energetische "geleidingsband".

Een foton moet minstens de energie van de bandgap bevatten om een elektron van de valentieband naar de geleidingsband te kunnen exciteren. Pas als een elektron zich in deze band bevind, kan hij mee gaan doen aan geleiding, oftewel: dan krijg je stroom.

Hoewel de bandkloof van Si kleiner is dan die van GaAs, 1.11eV tegenover 1.43eV, is er een verschil tussen de plaats waar die kloof ligt in k-ruimte. Bij GaAs liggen het energieminimum van de geleidingsband en het energiemaximum van de valentieband bij dezelfde k-waarde (impuls-waarde), maar bij Si niet.

Aangezien impuls behouden moet zijn, wil dit zeggen dan niet alleen fotonen met genoeg energie moeten hebben, maar ook genoeg impuls. Omdat fotonen zeer weinig impuls dragen zijn halfgeleiders met een indirecte bandkloof dus niet geschikt voor het opnemen (of uitzenden) van licht. Vandaar dat men geen silicium gebruikt.

Voor meer informatie, zoek op wikipedia naar "band gap" of "(in)direct bandgap"
Tot zover de natuurkunde, terug naar de milieufanaten.

[thunderbird2k]

Voor het maken van lasers/leds of zonnecellen (fotodiodes) is Si niet het meest geschikte materiaal, maar het kan zeker en het is ook het meest gebruikte materiaal hiervoor vooral omdat het goedkoop (alle apparatuur is standaard). Zo lang een foton genoeg energie heeft om in de depletielaag een gatelektronpaar te genereren, wek je een stroom op. (het gat wordt natuurlijk door het sterke veld in de depletielaag gescheiden van het elektron en voila een stroompje)

[Jaco69]

Leer nog even verder. Zonder bandkloof geen zonnecel. De meeste zonnecellen worden van Si gemaakt.

[Verwijderd]

zeg ik dat er geen bandkloof is dan? leer nog even verder lezen

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 04:55]

[Molybdenum]

Zo milieu-onvriendelijk is het niet hoor.
GaAs wordt al heel veel gebruikt in micro-electronica.

De chipindustrie gebruikt het niet zoveel, omdat het spul duur is en omdat het een superbros materiaal is (InP is nog brosser), waardoor het als wafer zeer lastig te handelen is.

[Reactie gewijzigd door Molybdenum op 24 juli 2024 04:55]

[DrBOB101]

Kan je ons ook vertellen wat er zo mileu onvriendelijk aan deze stof is?
Deze stof is wel carcinogeen (kankerverwekkend) in, maar alleen in fijne stof vorm (vanwege het slecht oplosbaar vermogen in water).

Goed om te zien dat er wordt gewerkt aan betere en goedkopere zonnepanelen. Hopelijk blijft het niet bij intresse van bedrijven en gaan ze hier wat mee doen!

[Reactie gewijzigd door DrBOB101 op 24 juli 2024 04:55]

[fevenhuis]

Het zou dus gevaarlijk zijn als zo'n GaAs zonnepaneel breekt.
Alles gaat natuurlijk altijdt goed zolang er niets fout gaat.

[daft_dutch]

je breekt het plastic niet direct het GaAs.
dat spul is een klein laagje wat er op is geplakt. Zal wel mee vallen.

[Verwijderd]

'Zonnecellen van dat materiaal worden primair in de ruimtevaart gebruikt'

Deze zonnecellen zijn 5% beter dan de vorige recordhouders. Als dat betekend dat er 5% minder materiaal de ruimte ingeschoten hoeft te worden, dan zijn de positieve milieueffecten erg groot (denk aan de vervuilende raketbrandstof die je bespaard).

[Verwijderd]

denk aan de vervuilende raketbrandstof die je bespaard.

Bahh smerig hoor, al die waterdamp! Icky! Vergeten we niet even dat deze aangedreven worden op waterstof en zuurstof? Hoewel de uitstoot er zeer indrukwekkend uitziet, al net zo indrukwekkend als de uitstoot van een koeltoren, blijft dit gewoon waterdamp in beide gevallen.

Dat terzijde wordt er wel een besparing gerealiseerd bij het verminderde brandstofverbruik, wat we alleen maar kunnen toejuichen.

[NitroX infinity]

Uhm, ik dacht dat Boeing en een universiteit in de VS beiden al een rendement van boven de 40% hadden behaald?

[Verwijderd]

Het gaat hier volgens mij om het record voor thin film zonnecellen.

Deze zijn zeer belangrijk richting de toekomst omdat ze qua materiaal kosten enorm veel goedkoper kunnen zijn dan traditionale wafer gebaseerde zonnecellen en ook zijn ze flexibeler in te zetten doordat er makkelijke vormen mee gemaakt kunne worden.

Denk bijvoorbeeld dat je de zon kant van een ronde windmolenmast ook nog even beplakt met zonnecellen.

[Verwijderd]

Helaas moet ik zeggen dat de kop van die artikel wel redelijk verkeerd is.

Het betreft hier dus nieuwe hogere efficientie dunne-filmcellen zonne cellen.

Het Fraunhofer Institut nam een rendement van 25,8 procent bij de dunne-filmcellen waar, terwijl de zonnecellen op wafersubstraat 25,9 procent efficiëntie haalden

Maar de titel sugerreert dat dit de meest efficiente zonnecellen te zijn. Ik moet helaas zeggen dat dit dus niet waar is. Voor onze Bachelor eind project moesten wij een zonne vliegtuig ontwerpen dat mininaal 20 m/s haalt op zonne energie met max 20 kg incl. 4 kg bagage. Hiervoor hebben wij rot gezocht naar meest efficiente zonnecellen.

Toen zijn we gestuit op de zonnecellen van Emcore. http://www.emcore.com/solar_power/satellite_solar_cells Ze hebben een gegarandeerde efficientie van 28.5%.

Dus deze cellen zijn niet de meest efficiente zonnecellen.

Maar ze hebben wel als voordeel dat ze buigzaam zijn, overal op plakken en meenemen.

En idd wat zou de prijs per cel zijn, want voor consumenten gebruik is dat wel het belangrijkste. Ik weet dat die 28.5% efficiente dingen rond de 200 a 400 dollar per cel zijn, space certified. Ze zijn ongeveer 26.6 cm^2 groot. Reken maar uit hoe duur het wordt om +/- 3 m^2 te leggen, wat toch wel standaard is voor huis en tuin keuken gebruikers.

En zo zien we maar weer, Nederland hoe klein we ook zijn, we own them big time.

[trogdor]

Als de efficientie grof weg 2 maal groter is dan de standaard 11% dan heb je maar de helft nodig om dezelfde hoeveelheid energie op te leveren, dus 1.5 m^2 in plaats van 3 voor dat huishouden.
Nog steeds een hoop centen natuurlijk...
Je kan er ook rekening mee houden dat het oppervlak op een willekeurig dak, en het gewicht wat dat dak kan torsen, niet zo beperkt is als een vliegtuigvleugel of een sateliet-panneel, dus dat de efficientie niet zo van belang is voor huis (-tuin en keuken) oplossingen.

[CyBeRSPiN]

Zo, Nijmegen zet zich even in een jaar op de kaart zeg! Eerst allerlei security gehack met smartcards, nu dit. Straks worden ze nog een volwaardige Technische Universiteit

25 procent is al een wereld van verschil met de standaardcellen van 11%, ben benieuwd waar de grens ligt, die is nog lang niet bereikt denk ik

[Verwijderd]

De grens ligt (lijkt mij vrij duidelijk) bij 100%

[Verwijderd]

Nee, de grens ligt op 80-85%. Overigens is dit rendement het wereldrecord dat hoort bij dit type zonnecel. Andere types, ontwikkeld door grote jongens als NASA/Boeing halen 42%. Deze zijn echter zo duur in verhouding met wat ze opleveren dat ze nooit, of niet snel voor algemeen gebruik beschikbaar zijn.

Beter is het om cellen te ontwikkelen die een rendement hebben van 10% en zeer goedkoop te produceren zijn. Ideaal is natuurlijk hoog rendement tegen lage productiekosten, maar dat is vrijwel uitgesloten.

[Chevy454]

Ideaal is natuurlijk hoog rendement tegen lage productiekosten, maar dat is vrijwel uitgesloten.

Voor het moment uitgesloten. De techniek staat niet stil

[marcieking]

100% efficientie is een utopie, dat haal je zelfs niet bij het omzetten van de ene spanning in de andere

[TheSiemNL]

Dan ligt daar toch de grens. Ook al is het een utopie. Vroeger dacht men dat men niet sneller kon dan het geluid. Daar gaan we nu al fors overheen. Stel dat de snelheid van het geluid 100% zou zijn, dan gaan we daar nu met een paar factoren overheen.

Dat gezegt hebbende zou de werkelijke grens van zonnepanelen in de toekomst wellicht boven de 100% uitkomen.

Fresnel lens erboven of zo.

[nl0pvm]

IMHO: Boven de 100% kan nooit vanwege de eerste wet van de thermodynamica ook wel bekend als de wet van behoud van energie. Deze stelt dat energie niet verloren kan gaan en dat energie ook niet uit het niets kan ontstaan.

Zie: http://nl.wikipedia.org/w...wet_van_de_thermodynamica

[Henridv]

Dit klopt niet echt.

De 100% waarover het gaat is de omzet van energie. E_uit / E_in ! Dit kan nooit hoger worden dan 100% aangezien E_uit nooit meer kan worden dan E_in, wat een gevolg is van de 1e hoofdwet vd thermodynamica.

De 100% waar jij het over hebt is eerder een misvatting van bepaalde wetenschappers en hun methoden, vroeger.

[Delerium]

Het belangrijkste is toch de prijs. En ik had graag gezien wat de precieze prijs per Watt zou bedragen. Niet dat het meteen een commercieel aantrekkelijke fabricageroute is maar is dit nou een relatief (of potentieel) goedkope productiemethode?

Hoe lager die prijs is, hoe makkelijker mensen hun huizen voorzien van zonnepanelen. Maar een lage prijs duidt ook op een efficiente fabricagemethode. Duurdere methodes vragen namelijk ook meer energie (hence duurder) en dat gaat in het kosten/baten plaatje verder als terugverdientijd. Het is erg vervelend als een zonnecel pas na 20 jaar z'n oorspronkelijk productie-kosten qua energie terugverdiend heeft; het milieu gaat er dan ook niet op vooruit.
Als laatste is het kosten-aspect van de grondstoffen ook debet. Wanneer dit te hoog is zal op termijn ook de zonnepaneel slachtoffer worden van wat nu door koperdieven gejat wordt. Wanneer men voor 3 euro/kilo al bovenleidingen gaat wegsnijden zal een met goud gecoatte zonnecel wellicht ook rendabel worden voor het dievengilde.

Ook het gebruik van concentrators voor zonlicht kunnen helpen: de zonnecellen kunnen licht dat vijfhonderd keer geconcentreerd wordt zonder actieve koeling verwerken. Bedrijven zouden interesse hebben om de minder efficiënte silicium-zonnecellen in hun concentrators te vervangen door de efficiëntere zonnecellen waar bij Radboud aan wordt gewerkt.

Men zou ook bijvoorbeeld het zonlicht 200 keer kunnen concentreren zodat het niet dermate heet wordt dat actieve koeling noodzakelijk wordt.
Of nog beter, een rendement van 99% want alle ingestraalde energie wordt dan omgezet naar electriciteit en is koeling sowieso geen issue.

Chapeau voor Nijmegen iig

[Reactie gewijzigd door Delerium op 24 juli 2024 04:55]

[Atmosphere]

Ik denk dat je de materiaal-kosten op laag moet inschatten, met hoge instapkosten om het e.e.a. aan machines neer te zetten, en denk vanwege een extra handeling iets langere doorlooptijd.

Het is erg vervelend als een zonnecel pas na 20 jaar z'n oorspronkelijk productie-kosten qua energie terugverdiend heeft; het milieu gaat er dan ook niet op vooruit.

Pas na 20 jaar gaat het er iets op vooruit... Als je even niet meerekend dat je het ook nog moet opruimen ooit

Of nog beter, een rendement van 99% want alle ingestraalde energie wordt dan omgezet naar electriciteit en is koeling sowieso geen issue.

Als ze het halen, zijn het alsnog 5 'vergootglazen' die gebundeld schijnen aan verlies. Toch nog steeds redelijk warm..

[Keypunchie]

Prijs is interessant, maar daar kun je pas naar kijken als je proof-of-concept hebt van je methode.

Dus er zullen altijd eerst nieuwe methoden ontwikkeld worden, voordat gekeken kan worden of in het productie kan (en wellicht op goedkopere wijze). Kans is groot dat deze methode weer op wordt doorontwikkeld door een industrieel onderzoeksteam.

[High-Voltage2]

Nice, als ik het goed begrepen heb zijn deze cellen ook flexibel door het ontbreken van een substraat. Kan je ze binnenkort overal opplakken

[tibi]

heeft iemand ook een idee hoe de prijs zich verhoud tot de standaard 11% zellen

hebben we nu alleen meer energie per vierkante meter of ook meer per euro??

[trogdor]

Zoals je in het artikel kan lezen gaat het om een onderzoek, niet om iets wat je in een winkel kan kopen.

[Verwijderd]

@NitroX

http://tweakers.net/nieuws/45484/nieuwe-zonnecel-behaalt-rendement-van-40-procent.html

Dit bedoel je zeker?

[NitroX infinity]

Yep

[Verwijderd]

Ja en Nee,

Die zonnecellen slaan idd op die cellen die ik bedoel maar ...

Die 40% is behaald met een door de zonlicht 1000x geconcentreerder op de zonnecellen te schijnen.

EMCORE Corporation (NASDAQ: EMKR), announced today that it has attained a record 39% conversion efficiency under 1000x concentrated illumination on its multi-junction solar cell products currently in high volume production.

Emcore is van boeing btw.

[Countess]

dat is een andere techniek waarbij meerdere lagen worden gebruikt voor verschillende delen van het spectrum op te vangen.
maar er is geen reden waarom dat niet ook kan met deze techniek (zeker gezien de geringe dikte).

maar dit is dus de meeste efficiënte enkel laags zonnecel. en relatief goedkoop te maken als ik het zo lees.

[Verwijderd]

De cellen die in dit artikel beschreven worden zijn zeer waarschijnlijk ook cellen met meerdere lagen/ multi junction. zie wikipedia.

http://en.wikipedia.org/w..._.28GaAs.29_multijunction