Zo effent hoogleraar René Janssen de weg voor betere zonnecellen

De vraag naar duurzame energie stijgt en dus zijn wetenschappers naarstig op zoek naar manieren om zonnepanelen beter te laten werken. De reguliere zonnecellen, doorgaans gemaakt van silicium, bereiken echter hun fysieke limiet. Een rendement van ongeveer 23 procent lijkt het maximaal haalbare.

Dus moet er een oplossing komen, dacht René Janssen, hoogleraar moleculaire materialen en nanosystemen aan de Technische Universiteit Eindhoven. Hij richt zich in zijn onderzoek op zonnepanelen gemaakt van perovskiet, die efficiënter kunnen werken. Deze zijn volop in ontwikkeling, maar er is ruimte voor verdere verbetering.

First things first: Waarom is het eigenlijk nodig om zonnepanelen verder te verbeteren? “Ten eerste omdat we maar beperkte ruimte hebben op ons dak, terwijl er steeds meer elektrische apparaten en systemen bijkomen”, legt Janssen uit. “Hoe beter een zonnepaneel werkt, hoe meer zonne-energie je kunt opwekken.”

Daarnaast moet het probleem van beperkte ruimte breder worden getrokken, vindt de hoogleraar. “Er komen steeds meer zonneweides bij, terwijl we in Nederland al zo beperkt zijn in onze ruimte. We kunnen aanzienlijk besparen op kostbaar grondoppervlak.”

De vinding

Zonnecellen gemaakt van perovskiet (een halfgeleider zout opgebouwd uit verschillende elementen) zetten zonlicht efficiënt om in elektriciteit, legt de hoogleraar uit. Het probleem is echter dat ze niet zo goed presteren als ze in theorie zouden kunnen. Dus gingen Janssen en zijn collega’s op onderzoek uit.

En wat bleek: verschillende elementen van het perovskietmateriaal in de zonnecel mengen niet perfect met elkaar, wat zorgt voor een lagere efficiëntie. Een probleem wat het team van onderzoekers van de universiteiten van Toronto en Eindhoven samen wist te tackelen.  

Janssen vertelt in detail over de bevinding. Het zit zo: een perovskiet zonnepaneel bestaat uit verschillende lagen. Een van die lagen veroorzaakt veel problemen. “Dit komt door een mengsel van twee stoffen, bromide en jodide ionen, dat niet goed verdeeld was in de laag.”

Nu hebben de wetenschappers een manier gevonden om die twee stoffen gelijkmatiger te verdelen. Ze voegden een speciale chemische stof toe, die niet alleen de prestaties verbetert, maar ook de stabiliteit van het zonnepaneel.

Vervolgstappen

Voordat de oplossing kan worden toegepast in de praktijk, zijn er echter nog een aantal uitdagingen te overwinnen. Zo zet Janssen zijn vraagtekens bij het gebruik van lood. “Het is een giftige stof waar je heel voorzichtig mee moet zijn. Het kan problemen opleveren, bijvoorbeeld wanneer een paneel kapot gaat of als deze gerecycled moet worden.

Ook vormt het een nadeel wanneer zonnepanelen in het milieu terechtkomen. We zijn op zoek naar een alternatief.” Daarnaast is optimalisatie van de zonnecellen noodzakelijk. Ter vergelijking, perovskietcellen komen nu al op een zelfde rendement uit in vergelijking met de reguliere siliciumcellen.

Met de toepassing van Janssen en zijn collega’s wordt dat hoger. “Met deze vinding zetten we zeker een stap in de goede richting. Maar als we verder gaan optimaliseren, dan kunnen we nog veel meer bereiken.”

Maar hoe precies? “Als we dat wisten, hadden we het allang gedaan”, zegt de hoogleraar lachend. “In ieder geval moeten we ervoor zorgen dat we de beweeglijkheid van de bromide en jodide ionen in de zonnecel verminderen. Die bewegelijkheid verlaagt de levensduur van de zonnecel. Dat is mogelijk, als we gaan spelen met de samenstelling van perovskiet.”

Komende tijd gaan de wetenschappers uitvogelen wat de beste aanpak is. “Genoeg werk aan de winkel”, besluit de hoogleraar.