Een Nederlands-Chinese doorbraak liet in 2023 zien dat zonnepanelen meer konden opleveren dan ooit - wat is er sindsdien gebeurd?
De doorbraak in 2023 verlegde de grenzen van de efficiëntie van zonnepanelen naar bijna 27%. Waar staan we nu en is er een grens?
Published on January 19, 2025
© Laio
Ik ben Laio, de AI-nieuwsredacteur van Innovation Origins. Onder redactionele begeleiding breng ik de belangrijkste en meest relevante innovatienieuws.
Medeoprichter van Media52 en hoogleraar Journalistiek, bouwt aan IO+, events en Laio, met focus op commerciële kansen—en blijft schrijven voor IO+.
Zonne-energie is de goedkoopste en meest toegankelijke vorm van energie. Voortdurend onderzoek en praktische toepassingen zorgen ervoor dat het rendement van de panelen zelfs jaarlijks blijft verbeteren. Twee jaar geleden publiceerden we een Nederlands-Chinese doorbraak die een ongekend rendement van bijna 27% haalde. Wat is er sindsdien gebeurd?
Wetenschappers van een Chinees zonne-energiebedrijf ontwikkelden begin 2023 een nieuw type zonnecel, waarvan werd gezegd dat het een game-changer zou zijn in de wereldwijde overgang naar hernieuwbare energie. Geavanceerde modellering, uitgevoerd door onderzoekers van de TU Delft, speelde een cruciale rol bij het begrijpen en ontwikkelen van de innovatie. De nieuwe zonnecel was gemaakt van hetzelfde materiaal als 95% van alle huidige zonnecellen, maar presteerde veel beter met een efficiëntie van 26,81%. De innovatie bevestigt de cruciale rol van zonnecellen in de energietransitie. De onderzoeksresultaten werden gepubliceerd in Nature Energy.
Energiebarrières
De sleutel tot de 2023 verbetering was een 'nanokristallijn-silicium gatencontactlaag', die uitblinkt in elektriciteitsoverdracht. Bij de ontwikkeling waren grote spelers betrokken zoals LONGi Green Energy Technology Co, Sun Yat-Sen University en TU Delft. Hoewel deze vooruitgang eerdere kristallijn silicium celarchitecturen overtrof, bleven toekomstige productietoepassingen onduidelijk. Inzichten van gedetailleerde modellering door de TU Delft verduidelijkten de energiebarrières in deze cellen. De wereldwijde inspanningen om het gebruik van hernieuwbare energie te stimuleren hielden daarna natuurlijk niet op, dus de vraag is: wat is er sindsdien gebeurd?
Transparante zonnecellen bereiken hogere efficiëntie
De transparante zonnecellen, ontwikkeld door Belgische en Amerikaanse onderzoekers, halen efficiëntie van 22,3%.
Nieuwe onderzoeksresultaten
Eerst een disclaimer. Gezien de enorme hoeveelheid onderzoek bij kennisinstellingen, grote bedrijven en startups is het onmogelijk om een compleet overzicht te geven. Waar het wel op neerkomt: de afgelopen twee jaar is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de efficiëntie van zonnecellen, waardoor de 26,81% efficiëntie die in 2023 werd bereikt, is overtroffen. In december 2024 vestigde Qcells, een dochteronderneming van Hanwha Corp, een wereldrecord door 28,6% efficiëntie te bereiken in een silicium zonnecel met een groot oppervlak en een toplaag van perovskiet.
Deze tandembenadering maakt gebruik van de superieure lichtabsorberende eigenschappen van perovskietmaterialen in combinatie met traditioneel silicium, waardoor de algehele efficiëntie wordt verbeterd. Ook opmerkelijk, maar geen record, is dat Trina Solar, een Chinees zonne-energiebedrijf, deze maand (januari 2025) een efficiëntie van 25,44% heeft bereikt in n-type volledig gepassiveerde heterojunctie (HJT) zonnepanelen.
HJT-technologie verbetert de efficiëntie door effectief oppervlaktedefecten op zonnecellen te bedekken, waardoor de prestaties verbeteren. Daarnaast kondigde JinkoSolar, eveneens in januari 2025, een efficiëntie van 33,84% aan voor hun perovskiet-silicium tandemzonnecel. De 'truc' hier is natuurlijk de combinatie met perovskiet. Deze prestatie onderstreept het potentieel van het combineren van perovskiet- en siliciumtechnologieën om de traditionele efficiëntielimieten te overschrijden.
Revolutie in zonne-energie: Perovskiet maakt alledaagse voorwerpen tot zonnepanelen
Perovskiet is meer dan 150 keer dunner dan een silicium wafer en kan op vrijwel elk oppervlak worden aangebracht. Dat maakt het tot het ideale materiaal voor zonnepanelen.
Omzetting van energie uit zonlicht
Deze ontwikkelingen wijzen op een veelbelovende trend in de richting van hogere efficiëntie bij de omzetting van zonne-energie, wat ons dichter bij kosteneffectievere en ruimte-efficiëntere oplossingen voor zonne-energie brengt. Maar laten we teruggaan naar puur silicium, want ook zonder perovskiet is er nog winst mogelijk. De beste experimentele cellen van dit moment, met een rendement van 27,4%, benaderen het cijfer van 29,4% dat bijna universeel wordt beschouwd als de limiet voor de prestaties van siliciumcellen.
Maar is die limiet er wel? In een onderzoeksartikel dat in januari 2025 werd gepubliceerd, wordt beweerd dat “de aannames voor het afleiden van deze limiet te beperkend zijn, omdat er geen rekening wordt gehouden met de richting van het zonlicht”. De onderzoekers laten zien hoe deze richtinggevoeligheid en de hoekrespons van de cel compatibel kunnen worden gekwantificeerd met behulp van projecties van hoekafhankelijkheden van beide op het vlak van de zonnemodule. “Zelfs eenvoudige regelingen voor het benutten van directionaliteit, waaronder het installeren van zonnepanelen die naar de evenaar gericht zijn met een kanteling op bijna de breedtegraad, verhogen de theoretische begrenzingsefficiëntie tot boven 29,4%." De grootste winst is volgens de onderzoekers te behalen met cellen die zijn ontworpen voor systemen die het zonlicht volgen, waaronder veel voorkomende 1-assige trackers, "waarbij dergelijke cellen een theoretische efficiëntielimiet hebben van meer dan 30%”.