Met tandemtechnologie naar hoger pv-rendement

Het belang van hoger pv-rendement

Een hoger pv-rendement draagt bij aan het verlagen van de totale kosten voor het opwekken van elektriciteit. Ook hebben we zo minder oppervlak nodig voor zonnestroom. Beide onderdelen dragen bij aan de transitie naar grootschalig gebruik van duurzame energie.

Hoe werkt tandem-pv?

Een tandempaneel bestaat uit 2 zonnecellen boven elkaar, waarbij in dit geval het bovenste zonneceltype perovskiet is. Deze cel zet een deel van het zonnespectrum om in elektriciteit en laat het infrarode licht door naar de onderste zonnecel, een siliciumzonnecel. De onderste zonnecel werkt tweezijdig. Hierdoor wekt ook (strooi)licht dat op de achterkant van het paneel valt stroom op.

Er zijn 2 soorten uitvoeringen. Bij de 4-terminal-uitvoering geven de 2 gestapelde zonnecellen afzonderlijk stroom. Bij de 2-terminal uitvoering liggen 2 zonnecellen elektrisch ‘op elkaar’, net als bij batterijen in een zaklamp. Dit zijn de belangrijkste vormen van tandem-pv-modules die geschikt zijn voor verschillende toepassingen en productiemogelijkheden.

Hoger pv-rendement interessant voor de markt

De internationale technologieroadmap voor pv (ITRPV) voorziet dat tandem-pv met kristallijn silicium (c-Si) snel een industrieel product wordt. En dat het een significant marktaandeel zal hebben in 2025. De technologie is zeer geschikt voor Nederland. Vanwege de beperkte beschikbaarheid van land voor zonne-energie en het belang van zonnepanelen op daken.

Technologieën rondom tandem-pv

Hybride organisch-anorganische perovskiet-dunne-filmzonnecellen zijn zeer geschikt om met c-Si te combineren in een tandemconstructie. Binnen het samenwerkingsverband Solliance voeren we samen met de industrie een onderzoeksprogramma uit naar perovskiet-pv-technologie. Samen met academische en industriële partners werken we aan de combinatie van perovskiet-dunne-filmzonnecellen met c-Si-zonnecellen.

Op dit moment is al een rendementsverbetering behaald van 5 procentpunt vergeleken met gangbare industriële c-Si cellen. Daarnaast is een vermogensdichtheid van meer dan 3300W/m2 gedemonstreerd met tweezijdige pv-tandemcellen. In 2018 zijn we begonnen met opgeschaalde veldtesten met tandemmodules. Ook doen we onderzoek naar volledig op dunne film gebaseerde pv-tandemtechnologie, bijvoorbeeld de combinatie van perovskiet met CIGS of perovskiet met perovskiettandem.

Onze kracht als partner

Dankzij onze brede kennis van de hele productieketen, van silicium-wafers tot zonnecel en zonnesysteem, kunnen we ondersteunen op de volgende gebieden:

• Aanpassing van c-Si-cel- en moduletechnologie voor toepassing in tandempanelen. Voorbeelden zijn specifieke toepassingen van polySi-gepassiveerde contacten die we ontwikkelden (ook wel bekend als industrieel TOPCon), of gebruik van achterzijdecontact-cel- en moduletechnologieën.
• Ontwikkeling van de hoog-rendement dunne-film-perovskietzonnecel om toe te passen als bovenste zonnecel in de tandem met een brede selectie aan licht-doorlatende, dunne lagen voor elektrische geleiding.
• Opschalen van het fabricageproces van deze perovskietzonnecellen en materialen voor industriële productie. Dit vindt plaats in ons onderzoeksprogramma met partners, demonstratieprojecten en haalbaarheidsstudies.
• Toepassing van dunne-filmzonnecellen, met name perovskietzonnecellen, in een tandempaneel. Bijvoorbeeld ontwikkeling en toepassing van materialen die bescherming bieden aan de perovskietzonnecel en het ontwerp van de elektrische verbinding van de cellen en de ‘Bill of Materials’ (BoM).
• Integraal ontwerp van de tandemstructuur, inclusief karakterisatie, modellering en optimalisatie. Bijvoorbeeld optische analyse en optimalisatie om zo hoog mogelijke rendementen te bereiken.
• Versnelde verouderingstesten, met analyse van en oplossingen voor het verlengen van de stabiliteit van deze zonnepanelen. Voor perovskietzonnecellen zijn andere verbindingsmethoden en materialen voor bescherming nodig dan voor de huidige, standaard zonnepanelen. Een belangrijk doel van ons onderzoeksprogramma is de ontwikkeling van stabiele tandemmodules met een lange levensduur.
• Het volgen van de prestaties van tandempanelen door het vergaren van betrouwbare gegevens uit veldtesten om inzicht te krijgen in de energieopbrengst.