Onderzoekers van het bedrijf Oxford PV hebben een wereldrecord gevestigd door een rendement van maar liefst 29,52 procent uit een zogeheten tandemzonnecel te persen. Die bestaat uit silicium en het goedkope mineraal perovskiet.
Het rendement van een zonnecel is het vermogen ervan om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. Een deel van het zonlicht wordt teruggekaatst of gaat verloren als warmte, terwijl de rest wordt geabsorbeerd door de zonnecel en omgezet wordt in stroom.
De nieuwe tandemzonnecel zet dus een kleine 30 procent van het zonlicht om. Bij gewone, nu verkrijgbare zonnecellen ligt het rendement zelden boven de 20 procent.
Het record werd gevestigd twee weken nadat een team van het Duitse instituut Helmholtz-Zentrum Berlin het bestaande record had verbroken met een rendement van 29,15 procent.
Fotonen van de zon wekken stroom op
De nieuwe zonnecel dankt zijn hoge rendement aan de speciale tandemconstructie: een laag zonnecellen van silicium is gecombineerd met een dun laagje perovskiet.
Een zonnecel bestaat gewoonlijk uit drie lagen. Een neutrale laag zit ingeklemd tussen twee lagen met respectievelijk een overschot en een tekort aan elektronen. Als de lagen contact maken, stromen de elektronen naar de laag met het tekort. Dit wekt een elektrisch veld op in de neutrale laag.
🎬 Kijk hoe zonnecellen werken:
As het zonlicht op de zonnecel valt, slaan de fotonen de elektronen los. De vrije elektronen beginnen door het elektrische veld te stromen naar de laag met een tekort. Daardoor ontstaat een elektrische stroom.
Maar lang niet alle fotonen hebben de juiste energie om elektronen los te slaan. Als een foton een energieniveau heeft dat boven of onder de zogeheten verboden zone of bandkloof ligt – een energiegebied waar geen elektronische toestanden voorkomen – kan het geen elektronen losmaken.
Perovskiet oogst het sterkste licht
Hierbij speelt perovskiet een rol. Dat mineraal heeft namelijk een hogere bandkloof dan silicium. Silicium is goed in het opvangen van de energie uit de zwakkere delen van het lichtspectrum – rood en infrarood licht –, terwijl perovskiet juist de sterkere ultraviolette en zichtbare delen van het licht benut.
Perovskiet komt volop voor in de natuur en is goedkoop te winnen. Bovendien zijn de onderzoekers van Oxford PV naar eigen zeggen bijna klaar voor massaproductie.
Hun zonnecellen hadden zelfs al in 2021 op de markt kunnen komen, maar corona gooide roet in het eten. De verwachting is nu in de loop van 2022.