Op deze pagina
Dunnefilm-zonnecellen en nieuwe technologieën
Kristallijne siliciumcellen domineren de markt, maar er zijn interessante alternatieven: dunnefilm-technologieën zijn flexibeler en lichter, terwijl perovskiet en tandemcellen het hoogste efficiëntiepotentieel bieden.
Dunnefilm-zonnecellen: de 2e generatie
Dunnefilm-cellen verschillen fundamenteel van kristallijne cellen:
| Eigenschap | Kristallijn | Dunnefilm |
|---|---|---|
| Dikte | 150–200 µm | 1–10 µm |
| Flexibiliteit | Star | Potentieel flexibel |
| Gewicht | Zwaar | Licht |
| Materiaalverbruik | Hoog | Laag |
| Rendement | 20–24% | 10–20% |
Amorf silicium (a-Si)
De oudste dunnefilm-technologie:
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Rendement | 6–10% (commercieel) |
| Dikte | ~1 µm |
| Toepassing | Rekenmachines, horloges, BIPV |
Voordelen:
- Zeer goedkope productie
- Flexibel op verschillende substraten
- Goed gedrag bij weinig licht
Nadelen:
- Laag rendement
- Degradatie onder licht (Staebler-Wronski-effect)
Cadmiumtelluride (CdTe)
De tot nu toe meest succesvolle dunnefilm-technologie:
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Rendement | 17–19% (commercieel) |
| Max. laboratorium | 22,1% |
| Marktleider | First Solar (VS) |
Voordelen:
- Goedkoop in grootschalige productie
- Snelle energetische terugverdientijd
- Goede temperatuurcoëfficiënt
Nadelen:
- Cadmium is giftig (maar veilig ingekapseld in modules)
- Tellur is schaars
- Recycling is noodzakelijk
CIGS (koper-indium-gallium-selenide)
Laagopbouw van een CIGS-dunnefilmcelle
| Laag | Functie |
|---|---|
| TCO-laag | Negatieve, transparante contactlaag |
| CdS-laag | N-gedoteerde vensterlaag |
| CIGS-laag | P-gedoteerde absorberlaag |
| Achtercontact | Positief contact |
| Substraat | Metaal of glas |
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Rendement | 15–18% (commercieel) |
| Max. laboratorium | 23,4% |
| Dikte | 2–4 µm |
Voordelen:
- Hoog rendement voor dunnefilm
- Flexibel te produceren
- Goed gedrag bij weinig licht
- Geen lichtgeïnduceerde degradatie zoals bij a-Si
Nadelen:
- Complex productieproces
- Indium is duur en schaars
- Niet zo goedkoop als CdTe
De 3e generatie: toekomsttechnologieën
Perovskiet-zonnecellen
Perovskiet-cellen zijn de “rising stars” in het zonne-onderzoek:
Laagopbouw van een perovskiet-zonnecel
| Laag | Functie |
|---|---|
| Metallaag | Positief contact |
| ETL | Elektronentransportlaag |
| Actieve laag | Perovskiet-kristallen |
| HTL | Gatentransportlaag |
| TCO | Negatief, transparant contact |
| Substraat | Glas of polymeer |
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Rendement (laboratorium) | 25,8% (enkelcel) |
| Ontwikkeling | Van 3,8% (2009) naar 25,8% (2023) |
| Kosten | Potentieel zeer laag |
Voordelen:
- Razendsnelle efficiëntiestijging
- Goedkope grondstoffen
- Lage energie-inzet bij productie
- Printbare productie mogelijk
- Flexibel en licht
Nadelen:
- Stabiliteitsproblemen (vocht, warmte)
- Vaak loodgebaseerd (milieubezwaren)
- Nog geen langetermijnstabiliteit aangetoond
- Nog niet commercieel beschikbaar
Onderzoeks-highlight: Het rendement van perovskiet-cellen steeg in slechts 10 jaar van onder 4% naar meer dan 25% – een ongeëvenaarde ontwikkeling in de zonneceltechnologie.
Tandemcellen
Tandemcellen combineren meerdere materialen in één cel:
| Configuratie | Max. rendement |
|---|---|
| Perovskiet/silicium | 33,7% (laboratorium) |
| III-V multi-junction | 47,1% (concentrator) |
| Perovskiet/perovskiet | 28,5% (laboratorium) |
Werkingsprincipe:
- De bovenste cel absorbeert hoogenergetisch licht
- Doorgelaten licht bereikt de onderste cel
- Beide cellen leveren stroom
Voordelen:
- De hoogste rendementen die momenteel haalbaar zijn
- Betere benutting van het lichtspectrum
- Theoretische limiet: >40%
Nadelen:
- Zeer complexe productie
- Zeer hoge kosten
- Vooral interessant voor ruimtevaart en concentrator-PV
Organische zonnecellen (OPV)
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Rendement | 10–15% (laboratorium) |
| Materiaal | Organische polymeren |
| Dikte | <1 µm |
Voordelen:
- Extreem licht en flexibel
- Transparante varianten mogelijk
- Printbare productie
- Goedkope materialen
Nadelen:
- Laag rendement
- Beperkte levensduur
- Degradatie door UV en zuurstof
Vergelijking van alle dunnefilm-technologieën
| Technologie | Rendement | Kosten | Flexibiliteit | Marktrijpheid |
|---|---|---|---|---|
| a-Si | 6–10% | Laag | Hoog | Ingeburgerd |
| CdTe | 17–19% | Laag | Beperkt | Ingeburgerd |
| CIGS | 15–18% | Middel | Hoog | Ingeburgerd |
| Perovskiet | 20–26%* | Zeer laag* | Hoog | Onderzoek |
| OPV | 10–15%* | Laag | Zeer hoog | Onderzoek |
| Tandem | 30–47%* | Zeer hoog | Beperkt | Laboratorium |
* Laboratoriumwaarden, nog niet commercieel beschikbaar
Toepassingsgebieden
| Toepassing | Geschikte technologie | Reden |
|---|---|---|
| Gebouwintegratie (BIPV) | CIGS, a-Si, perovskiet | Flexibel, esthetisch |
| Gevels | a-Si, OPV | Transparante varianten mogelijk |
| Mobiele apparaten | a-Si, OPV | Licht, goedkoop |
| Grote zonneparken | CdTe | Voordelig in massaproductie |
| Ruimtevaart | III-V tandem | Maximale efficiëntie |
| Draagbare elektronica | OPV | Ultralicht, flexibel |
De toekomst van zonnecellen
Korte tot middellange termijn (2025–2030)
- TOPCon neemt de marktpositie over van PERC
- Perovskiet/Si-tandem bereikt commerciële rijpheid
- Bifaciale modules worden standaard
Lange termijn (2030+)
- Perovskiet-tandem als nieuwe standaardtechnologie
- Rendementen >30% worden betaalbaar
- Gebouwgeïntegreerde PV (BIPV) groeit sterk
Prognose: Rond 2030 zouden perovskiet/silicium-tandemmodules commercieel beschikbaar kunnen zijn en rendementen van 30%+ tegen aanvaardbare kosten bieden.
Conclusie
Kort samengevat: Dunnefilm-technologieën zoals CdTe en CIGS hebben belangrijke nichetoepassingen, maar zullen kristallijn silicium voorlopig niet verdringen. De toekomst ligt bij perovskiet- en tandemcellen: zij beloven rendementen boven 30% bij potentieel lage kosten. Voor particuliere woningeigenaars in Nederland en Vlaanderen is nu relevant: stel investeringen niet uit in afwachting van perovskiet – moderne TOPCon- of HJT-modules zijn vandaag al zeer efficiënt, breed beschikbaar en passen binnen de huidige energieprestatie-eisen (BENG in Nederland, EPB/EPC in Vlaanderen).
Terug naar het overzicht: Alle fotovoltaïek-artikelen
Bronnen
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- NREL: Best Research-Cell Efficiency Chart
- Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report 2024
- Green, M.A. et al.: Solar cell efficiency tables. Progress in Photovoltaics 2024