15-04-2021

Solliance partners TNO, imec / EnergyVille en de Technische Universiteit Eindhoven realiseerden een 18,6% efficiënte hoog near infrared transparante perovskiet zonnecel. In een 4T tandemconfiguratie met een efficiënte Panasonic kristallijn silicium (c-Si) cel of met een flexibele Miasolé CIGS-cel, levert deze tandem een nieuw record omzettingsrendement op van respectievelijk 28,7% en 27,0%.


Tandemtechnologie biedt een realistische en aantrekkelijke route om de efficiëntie van commerciële zonnecellen en -modules te verhogen. Photovoltaische tandems bouwen sterk voort op bestaande technologieën en bouwen voort  op kennis en  ervaringen die al in de industrie beschikbaar zijn. Daarnaast kunnen 4T perovskiet / c-Si tandems breed worden toegepast en zijn ze bijvoorbeeld zeer voordelig in combinatie met bifaciale c-Si zonnecellen die, afhankelijk van het actuele albedo, gemakkelijk een totale stroomopwekkingsdichtheid zo hoog kunnen bereiken als 320 W / m².

Record efficientie vier-terminal-tandemzonnecellen

Foto: Dr. Mehrdad Najafi met twee samples. (photo: Niels van Loon)

Voor deze doorbraak werden de expertises in perovskiet-zonnecelverwerking en prestatie-optimalisatie van Solliance-partners TNO, imec / EnergyVille en TU/e gecombineerd om een efficiënte en near infrared transparante perovskiet-zonnecel te ontwikkelen met een efficiëntie van 18,6%.

Deze perovskiet-zonnecel werd gecombineerd met verschillende typen zonnecellen en zelfs met verschillende celtechnologieën, wat de brede toepasbaarheid van de 4T tandembenadering aantoont:

  • met een prototype c-Si Interdigitated Back Contact (IBC) Silicon Hetero Junction (SHJ) -cel van Panasonic, werd een record tandemrendement van 28,7% behaald
  • met een commerciële c-Si Metal Wrap Through (MWT) SHJ-cel van Choshu Industry & Co, ontwikkeld door TNO, werd een tandemrendement van 28,2% behaald
  • met een commerciële c-Si Passivated Emitter and Rear Contact (PERC) -cel van Solarlab Aiko Europe GmbH werd een tandemrendement van 27,7% behaald
  • met een bandgap-geoptimaliseerde flexibele CIGS-cel van MiaSolé werd een recordtandemefficiëntie van 27,0% gerealiseerd.

Al deze resultaten zijn meer dan 1,5% absolute efficiëntieverbeteringen van eerdere records die zijn verkregen binnen de Solliance-samenwerking.

De perovskiet-zonnecel op laboratoriumschaal heeft een afmeting van 9 mm2. De prestatiemeting van de vier terminaltandem is uitgevoerd volgens een algemeen aanvaarde procedure (J. Werner et al. ACS Energy Letters, vol. 1, pp. 474, 2016).

“Deze prestatie werd bereikt door de opto-elektrische eigenschappen van de perovskiet-zonnecel af te stemmen op de optische eigenschappen van de onderste cel.” zegt dr. Dong Zhang van TNO / Solliance. “Vervolgens hebben we de verliesfactoren in de configuratie met vier terminals bepaald en deze stap voor stap geminimaliseerd”, vervolgt Dr. Zhang. “Ten slotte hebben we het lichtbeheer van het complete tandemapparaat geoptimaliseerd, met andere woorden, we hebben de lichtabsorptie in de tandemzonnecel gemaximaliseerd.”

“Deze uitstekende resultaten vormen de basis voor de volgende fase in de ontwikkeling, waarin ook schaalvergroting van het gebied en de processen zijn opgenomen”, zegt dr. Mehrdad Najafi van TNO / Solliance. “Momenteel worden goedkope opschalingsprocessen voor modules met een groot oppervlak en het behoud van dezelfde prestaties ontwikkeld door de Solliance-partners TNO en imec / EnergyVille.”, besluit Dr. Najafi

Philip Pieters

Contact

Philip Pieters

Business Developer Solar and Batteries at EnergyVille/imec