Onderzoekers maken loodvrije perovskiet-zonnecellen

Onderzoekers hebben een belangrijke stap gemeld in het nog groener maken van zonnecellen. Ze hebben de loodverbindingen van een nieuw type zonnecel vervangen door tin, wat milieuvriendelijker zou zijn.

De huidige generatie commercieel verkrijgbare zonnepanelen maken gebruik van silicium om zonlicht te converteren naar elektrische energie. Onderzoekers werken aan methodes om het rendement van zonnepanelen te verhogen en daarvoor wordt niet alleen gewerkt met amorf en kristallijn silicium, maar worden ook nieuwe materialen ontwikkeld die voor zonnecellen ingezet kunnen worden. Een veelbelovende ontwikkeling is het gebruik van zogeheten perovskieten. Dat zijn bepaalde kristallijne materialen die silicium op termijn zouden kunnen vervangen.

De huidige perovskieten, die overigens nog in de laboratoriumfase verkeren, maken echter gebruik van loodverbindingen om licht te absorberen. Onderzoekers van de Amerikaanse Northwestern University hebben dat loodperovskiet in hun zonnecellen succesvol vervangen door tinperovskiet, dat milieuvriendelijker is. Bovendien zouden de verbindingen middels eenvoudige chemische processen geproduceerd kunnen worden, wat de kosten zou drukken.

Vooralsnog heeft de zonnecel die door de onderzoekers op basis van het nieuwe tinperovskiet geproduceerd werd een rendement van slechts zes procent gehaald. Loodperovskieten halen inmiddels, in laboratoria, een rendement van 15 tot 16 procent. Tin-varianten zouden dat rendement echter kunnen evenaren, zo stellen de chemici. Het zal echter nog jaren duren voor tinperovskiet-zonnecellen siliciumzonnecellen in panelen op daken kunnen vervangen.

Reacties (23)

[BvDorp]

Onderzoekers en bedrijven werken aan economisch rendement, onder een verminderde milieubelasting. Dat is heel wat anders dan 'rendement', wat meestal uitgedrukt wordt in aantal fotonen dat omgezet wordt in electron-holes-pairs / aantal inkomende fotonen. Een van de beste manieren om aan dit economisch rendement te werken is door met (veel) dunnere panelen te werken, zodat minder materiaal en behandeling per product nodig is.

Deze technologie klinkt veelbelovend. Bij de productie van zonnecellen zit een groot deel van de kosten in de aanschaf (en dus het terugverdienen van) hele grote en dure machines. Daarom is de tijd van lab tot fabriek enorm lastig te voorspellen. Het mooie aan deze technologie is wel, dat minder heftige warmtestappen nodig zijn om tot de productie te komen; het zou dus goedkoper en met minder machines moeten kunnen.

[Iblies]

Zonnepanelen zijn een onderdeel, dat wordt nog wel eens vergeten.

Er zijn oplossingen die sneller besparingen opleveren maar waar niet naar wordt gekeken. Een voorbeeld zijn zonnecollectoren die water (vloeistof) verwarmen. In Nederland niet echt een optie, maar als je naar het zuiden gaat dan moet dat een optie zijn. Je kunt dan bv mbv een warmtewisselaar dan kou "produceren".
Relatief simpele techniek die al vaak beproefd is.

Zonnepanelen zijn zeker een optie, alleen mogen andere opties niet al te veel ondersneeuwen en heel veel budget opsnoepen. Techniek in die hoek is nieuw en gaat relatief langzaam.

[JRvP]

Een voorbeeld zijn zonnecollectoren die water (vloeistof) verwarmen. In Nederland niet echt een optie,

Het tegendeel is waar, zonneboilers worden in de NL met groot succes toegepast en presteren in ons klimaat heel goed, zelfs op een heldere winterdag, het probleem is echter de prijs , als je de kosten baten uitrekent verdien je het simpelweg niet terug.

Ondanks dat weet ik dat er vele tien duizenden zonneboilers geplaatst zijn.

Als de regering serieus was met alternatieve energie dan is er in Nederland de kennis om een enorme revolutie te ontketenen... echter met 21% btw en af en toe een halfslachtige subsidie kom je er niet.

Maar warmtepompen (lucht en grond), zonneboilers, pv, persoonlijke windturbines, biomassa, pelletkachels, hybride ketels etc de mogelijkheden zijn bijna onbeperkt maar de wil is er simpelweg niet, de technologie wel.

[koraks243]

Nouja, dat in de solar PV hoek innovatie relatief langzaam zou gaan, bestrijd ik toch ten zeerste. Kijk je even naar de verschillende technologieën die de laatste tijd in ontwikkeling zijn en de stappen in verbeterd rendement die elkaar vrij snel opvolgen, dan doemt eerder een beeld op van een technologie die nu in een versnellingsfase is en waar nog legio opties zijn voor verdere ontwikkeling. Een aardig plaatje dat dit illustreert is het overzicht dat NREL hier een tijdje terug van maakte: http://www.greentechmedia...cles/NREL-PV-eff-3-13.jpg

De ontwikkeling in labs gaat hier in feite veel sneller dan de industrie kan bijbenen - wat zeker ook te maken heeft met de investeringen die nodig zijn om voor een specifieke technologie een productielijn op te zetten. In feite bevriest de terugverdientijd van die apparatuur de technologie die in de markt beschikbaar is voor een paar jaar - terwijl in het lab de ontwikkelingen doorgaan.

De uitdaging zit dus niet zozeer in het fysisch onderzoek (wat dus nog steeds zeer interessante resultaten oplevert), maar met name in het goedkoop en snel naar de markt brengen van productieprocessen.

Maar ik ben het met je eens dat solar PV niet de enige oplossing is waarop we moeten focussen. Als je transport even buiten beschouwing laat (wat pakweg éénderde van het totale energieverbruik vertegenwoordigt; zie o.a. hier: http://www.iea.org/Sankey/) is het gros van de energie die we wereldwijd gebruiken warmte. Een deel daarvan is voor de verwarming van verblijfsruimten, en daarvoor is maar laagwaardige warmte nodig - dus temperaturen <100C.

Zonnewarmte is een uitstekende oplossing daarvoor en zelfs in Nederland verrassend lucratief. Waarom? De investering is erg laag, omdat een zonneboilersysteem betrekkelijk eenvoudig is. Toch is het eenvoudig om in de warmwatervraag van een Nederlands gezin te voorzien gedurende ca. tweederde van het jaar. Het hoeft buiten namelijk niet warm te zijn; zolang er maar voldoende zonuren zijn om je boiler te vullen. En dat is in een land als Nederland bijvoorbeeld tussen maart en oktober vaak al het geval.

Het restant van het jaar kun je warmte uit een andere bron bijschakelen. Uit gas, maar bijvoorbeeld ook aardwarmte (met een warmtepomp of collectief uit diepe geothermie). Bij gebruik van een warmtepomp kan bovendien het overschot aan warmte dat je in de zomer uit je dak 'oogst' opgeslagen worden in de bron (WKO).

Het bovenstaande illustreert dat er inderdaad geen 'silver bullet' is voor het verduurzamen van de energievoorziening. Het gaat erom voor elke locatie en elke toepassing de juiste mix van energieconcepten in te zetten en energiegebruik zoveel mogelijk aan te passen aan de beschikbaarheid van duurzame energie (bv. laad de auto op als de zon schijnt en als het waait). Om die reden zie je ook dat overheidsbeleid (althans in Nederland) zich niet concentreert op één bron van duurzame energie, maar juist probeer in te spelen op de mix van mogelijkheden. En dat lijkt me een goede zaak.

[Reactie gewijzigd door koraks243 op 23 juli 2024 12:29]

[Verwijderd]

De ontwikkeling in labs gaat hier in feite veel sneller dan de industrie kan bijbenen

Het probleem is dat de labs materialen gebruiken die niet meestal niet financieel haalbaar zijn voor industriele prodcutie van hoog rendements panelen zoals Gallium en Indium.
Ook worden wel vaak concentrators gebruikt die het gebruik van materiaal voro de cellen sterk doen afnemen maar die zijn in de praktijk nog erg onpraktisch.

[koraks243]

Het gebruik van materialen als gallium en indium is het probleem niet echt. Met name gallium wordt op grote schaal gebruikt in halfgeleiderproductie! Denk aan GaAs LED's en zonnepanelen die in enorme volumina worden geproduceerd.

De bottleneck bij nieuwe zon-PV concepten zit toch vooral in twee zaken:

• Ontwikkelen van een productieproces voor grote (commerciële) volumina en de bijbehorende productieapparatuur; dit vereist een vrij lange lead-time en grote investeringen, waardoor fabrikanten maar een beperkt aantal concepten kunnen fabriceren
• De levensduur in de praktijk van sommige concepten (met name organische cellen) is onvoldoende voor rendabel gebruik in de praktijk; een hoog nominaal rendement is aardig, maar de vraag is altijd gedurende welke periode dat rendement wordt gerealiseerd. Als je paneel na een jaar nog maar de helft van het initiële vermogen kan leveren, dan heb je er weinig aan - zowel technisch als commercieel

[Verwijderd]

Concepten zijn alleen leuk voor fabrikanten.

In de praktijk gaat het erom wat er morgen op mijn dak kan worden geplaatst.
Tegen welke kostprijs, welke milieubelasting/duurzaamheid en welk rendement.
De rest is (na plaatsing) niet meer belangrijk.......

Het gebruik van zeldzame materialen is overigens wel degelijk een probleem qua kosten en milieubelasting.

[tedades]

Denk dat sommige dingen ook door de overheid gemotiveerd moeten worden. Zo is bv. regenwater gebruiken voor je toilet totaal niet aantrekkelijk qua kosten. Een zonnecollector zou met ons gas verbruik best kunnen helpen, net als een warmtepomp (stuk duurder). Uiteindelijk reken je het door en als het veel geld oplevert zou iedereen die het geld niet wilt missen (en de investering wilt/kan doen) het toch doen.
Maar vaak is de investering en het risico te groot.

Goedkoopste is je huis isolatie op bepaalde punten verbeteren volgens mij.

Bij het introduceren van nieuwe zonnepaneel technieken heb ik vaak het idee dat de concepten vaak goed zijn maar ze achter de feiten aanlopen. Daardoor is er volgens mij maar een kleine kans dat dit soort dingen het 'daglicht' gaan zien.

[Verwijderd]

Zo is bv. regenwater gebruiken voor je toilet totaal niet aantrekkelijk qua kosten.

Op deze manier kun je wel water besparen:
http://www.zoldenergiavil...combo-by-caroma-large.jpg

[cyberstalker]

Is tin naast milieuvriendelijker niet ook nog goedkoper en lichter? Als dit door ontwikkeld wordt kan dit nog best wel eens erg interessant worden.

[SpiekerBoks]

Tin en lood komen allebei vrij veel voor, silicium zeker ook. Het gaat hier vooral om de processtappen om te komen tot een bruikbaar product en het rendement (energetisch en economisch) dat met dat product te behalen valt.

Als er een fysische reden is dat perovskiet-PV beter werkt met lood dan met tin dan lijkt me het gebruik van dat (giftige) lood wel te billijken. Zonnepanelen zijn geen verbruiksproducten, het materiaal blijft als het goed is gewoon in de panelen zitten. Aan het einde van de levensduur netjes verwerken en er is niets aan de hand. In het algemeen; wat gaaf die perovskieten, niet vaak vertoond dat een nieuwe energietechnologie zo snel uit de grond gestampt wordt!

[Verwijderd]

Als er een fysische reden is dat perovskiet-PV beter werkt met lood dan met tin dan lijkt me het gebruik van dat (giftige) lood wel te billijken. Zonnepanelen zijn geen verbruiksproducten, het materiaal blijft als het goed is gewoon in de panelen zitten. Aan het einde van de levensduur netjes verwerken en er is niets aan de hand.

Je aanname dat zonnepanelen geen verbruiksartiklen zijn klopt slechts gedeeltelijk. Voor de grotere zonnepanelen die je bv op je dak plaats geldt dit zeker.

Echter voor de kleinere cellen die in allerlei kleine electronica verwerkt kunnen worden geldt dit in veel mindere mate. Die kunnen wel degelijk in het milieu terecht komen. Dat is al een bestaand probleem met electronice dat in de toekomst alleen nog maar verder zal groeien. Voor dit soort toepassingen is het verstandiger om een niet vervuilend alternatief te zoeken.

[Verwijderd]

Persoonlijk zie ik meer in deze ontwikkeling: http://www.sciencedaily.c.../2014/04/140428121118.htm
Een rendement dat twee keer zo hoog ligt en zo te zien ook geen lood etc bevat.

[Countess]

het probleem met zonnecellen waarbij gefocust licht word gebruikt is dat ze echt alleen werken als het niet bewolkt is. met diffuus licht kunnen ze niks.

dus prima voor een grote installatie in de woestijn maar, nutteloos op een dak in Nederland.

[Verwijderd]

Ik weet niet of dat hierbij ook zo is, aangezien het hele spectrum wordt gebruikt.

[Countess]

de wolken verstrooien nagenoeg alle licht frequenties, dus die zullen ook allemaal diffuus zijn waardoor je ze niet kunt focussen.

[Reactie gewijzigd door Countess op 23 juli 2024 12:29]

[Verwijderd]

Dit is een multilayer aanpak, en kan misschien met deze nieuwe cellen worden gecombineerd. Bovendien is het idee van het focussen van invallend licht natuurlijk voor alle type cellen bruikbaar.

[Verwijderd]

Dergelijke hoogrendementsoptieslijken me geen optie voor concumenten want het lijkt op een experiment met onder andere triple junction GaAs cellen en die zijn gigantisch duur op te produceren.

[Verwijderd]

Zijn perovkieten uberhaubt wel beter dan silicium cellen.

[Verwijderd]

Dit vind in nu niet echt nieuwswaardig, zo ver van praktisch af en niets goedkoper en nauwelijks minder vervuilend. De 43.9% uit het volgende artikel dat een printbaar proces gebruikt is dat dan weer wel:

http://www.sciencedaily.c.../2014/04/140428121118.htm


Ik zie nu dat ADQ dezelfde link ook al poste

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 12:29]

[serews]

Denk niet dat deze techniek er pas over 25 jaar is. Sterker nog binnen 5 a 10 jaar zal deze techniek zijn weg wel hebben gevonden naar alle nieuwbouwhuizen. Waarschijnlijk in de vorm van solardakpannen. Zodat die gedrochten van panelen niet meer op de daken nodig zijn.

[MieJuul]

Gedrochten is wat kort door de bocht.
Er zijn veel verschillende soorten panelen, de één fraaier dan de ander.
Ook denk ik dat er soms beter gekeken moet worden naar wat men op het dak legt.
Niet elk paneel past zomaar bij bepaalde pannen.

En de wijze van leggen laat ook nog wel eens te wensen over (kriskras door elkaar).
Zulke installaties maakt dat mensen het lelijk vinden, en bvb gedrochten noemen.

Persoonlijk ben ik heel blij met mijn volledig zwarte 'gedrochten'.
Schelen me toch dik 500 euro per jaar op de energierekening.