Perovskiet-zonnecellen: de volgende grote doorbraak

Zonne-energie is de meest overvloedige energiebron die we hebben. Doordat zonnepanelen steeds goedkoper worden, groeit het aantal installaties wereldwijd razendsnel. In 2024 was fotovoltaïsche zonne-energie goed voor 7% van de wereldwijde elektriciteitsproductie en in 2025 voor 13% van de elektriciteitsproductie in de EU. Toch blijft de productie van zonne-energie beperkt tot daken of vrijstaande zonneparken. Maar wat als we zonnepanelen op auto's, gevels en lichte daken zouden kunnen plaatsen? Perovskiet-zonnecellen maken de weg vrij voor veelzijdige toepassingen.

Perovskiet-zonnecellen zijn een opkomende technologie die goedkopere, lichtere en veelzijdigere manieren van zonne-energie belooft dan de traditionele zonnepanelen.

De term “perovskiet” verwijst niet naar één specifiek materiaal, maar naar een hele familie van verbindingen. Deze stoffen hebben een vergelijkbare structuur als een mineraal dat in 1839 werd ontdekt door de Duitse wetenschapper Gustav Rose. Hij noemde het mineraal naar de Russische mineraloog Lev Perovski.

Pas in 2009 bouwde een groep Japanse onderzoekers de eerste perovskiet-zonnecel. Sindsdien is de ontwikkeling snel gegaan. Inmiddels worden perovskiet-zonnecellen gezien als een mogelijke doorbraak in het opvangen van zonne-energie. Tijd om te kijken wat deze technologie precies kan betekenen.

Serie

Green Tech Decoded

Van revolutionaire windturbines tot futuristische materialen: er gebeurt veel op het gebied van groene technologie. Maar wat houden al deze technologieën precies in? En waarom zouden we ons hiermee bezighouden? In Green Tech Decoded leggen we uit hoe deze innovaties werken en waarom ze onze samenleving zouden kunnen veranderen.

Bekijk serie

Wat zijn perovskiet-zonnecellen?

Perovskiet-zonnepanelen worden niet gemaakt van de natuurlijke materialen die Gustav Rose destijds beschreef. In plaats daarvan gaat het om stoffen die in het lab worden ontworpen, maar wel dezelfde kristalstructuur hebben als perovskiet.

De basis van deze nieuwe zonnecellen bestaat uit zogeheten metaalhalogenide-perovskieten. Die worden meestal gemaakt door verschillende stoffen te mengen: een organische verbinding (zoals methylammonium of formamidinium), een metaal (zoals tin of lood) en een halogenide (zoals jodium of broom). Het zijn relatief gangbare materialen, maar ze gedragen zich anders dan in traditionele zonnepanelen, vooral in de manier waarop ze zonlicht omzetten in energie.

In een perovskiet-zonnecel vangt een actieve laag het licht op en wekt daarbij elektronen op. Zodra die elektronen worden vrijgemaakt, ontstaat elektrische stroom.

Een belangrijk voordeel is dat perovskieten vooral goed licht absorberen in het blauwe en groene deel van het spectrum (hoogenergetisch licht). Silicium, het materiaal van traditionele zonnepanelen, werkt juist beter in het rode en infrarode deel (laagenergetisch licht). Samen betekent dat: perovskieten kunnen een breder deel van het zonlicht benutten en dus meer energie opwekken.

Wat zijn de voordelen van perovskiet-zonnecellen?

De nieuwe zonnecellen bieden een aantal voordelen ten opzichte van conventionele siliciumzonnepanelen.

• Hoog rendementspotentieel
  Sommige van de meest veelbelovende perovskiet-zonnecellen halen in het laboratorium een rendement van 24 tot 29 procent. Dat betekent dat ze dat deel van het zonlicht omzetten in elektriciteit. Ter vergelijking: commerciële siliciumzonnepanelen zitten meestal tussen de 22 en 27 procent.
• Tandemtechnologie
  Perovskiet kan worden gecombineerd met andere zonnecelmaterialen, bijvoorbeeld met silicium. De perovskietlaag wordt dan bovenop een siliciumcel geplaatst. Het voordeel daarvan is dat beide materialen verschillende delen van het zonlicht benutten. Samen vangen ze dus een breder spectrum op en zetten dat om in elektriciteit. In de meest geavanceerde laboratoriumexperimenten halen zulke perovskiet-siliciumtandems al bijna 34 procent rendement. Dat is aanzienlijk hoger dan wat elke technologie afzonderlijk kan bereiken. Bovendien kunnen perovskieten zo worden “afgestemd” dat ze precies het juiste deel van het lichtspectrum absorberen, zodat ze goed samenwerken met andere materialen.
• Goedkoop productieproces
  Perovskiet-zonnecellen kunnen worden gemaakt bij relatief lage temperaturen. Vaak worden de materialen opgelost in een vloeistof en aangebracht op een oppervlak bij zo’n 100 tot 150 graden Celsius. Ter vergelijking: voor silicium is een temperatuur van ongeveer 1.400 graden nodig. Dat maakt de productie eenvoudiger en mogelijk veel goedkoper. In theorie lijkt het zelfs op een drukproces, vergelijkbaar met het drukken van kranten. Het Eindhovense bedrijf Perovion Technologies onderzoekt deze aanpak.
• Veelzijdigheid
  Perovskieten kunnen worden gemaakt als dunne, lichte en zelfs semi-transparante films. Daardoor kunnen ze worden toegepast op plekken waar traditionele zonnepanelen niet handig zijn, zoals ramen, gevels, daken die geen zware panelen kunnen dragen of zelfs flexibele oppervlakken zoals ‘solar wraps’.

Wat zijn de nadelen van perovskiet-zonnecellen?

Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, komen er ook enkele nadelen aan het licht.

• Stabiliteit. Perovskietmaterialen zijn gevoelig voor hitte, vocht en ultraviolet licht. Daardoor kunnen ze na verloop van tijd achteruitgaan in kwaliteit. Die kwetsbaarheid vormt een uitdaging voor de levensduur en betrouwbaarheid van de technologie. Ter vergelijking: commerciële zonnepanelen gaan doorgaans 25 tot 30 jaar mee, waarbij de prestaties langzaam afnemen maar wel voorspelbaar zijn. Omdat perovskiet-zonnecellen nog relatief nieuw zijn, ontbreken er nog uitgebreide langetermijngegevens uit de praktijk. In het laboratorium lukt het inmiddels wel om de levensduur te verlengen met slimme beschermlagen en inkapselingstechnieken. Toch liggen de prestaties nog niet op het niveau dat nodig is voor grootschalige markttoepassing, en zeker niet op het niveau dat siliciumzonnepanelen nu al standaard garanderen.
• Loodtoxiciteit. De meest efficiënte perovskietformules bevatten lood. Het gebruik van deze voor mensen giftige stof is in de EU gereguleerd onder de RoHS-richtlijn (Regulation of Hazardous Substances). Zonnepanelen hebben een uitzondering voor de hoeveelheid lood die ze mogen bevatten, maar de toxiciteit zorgt voor onzekerheid over toekomstige regelgevingskaders. Loodvrije perovskiet-PV-concepten hebben echter een lagere efficiëntie laten zien.
• Geen marktklare technologie. Hoewel de huidige energiecrisis ons ertoe aanzet om zoveel mogelijk alternatieve methoden voor elektriciteitsopwekking te zoeken, zijn perovskiet-zonnepanelen geen onmiddellijke oplossing. Er vinden nog steeds veel ontwikkelingen plaats in de laboratoria.

Hoe staat het momenteel met deze technologie?

Perovskiet-zonnetechnologieën boeken vooruitgang op het gebied van efficiëntie. Op dit moment halen de commercieel verkrijgbare cellen een rendement van 24 tot 29%. Bij tandem-zonnecellen ligt dit percentage hoger, met gecertificeerde rendementen van meer dan 35%.

Zoals vaak bij groene technologie loopt China voorop in de opschaling. Een aantal Chinese bedrijven produceert perovskiet-zonnepanelen inmiddels op industriële schaal.

Zo opende GCL Optoelectronics in juni 2025 de eerste fabriek met een capaciteit van 1 gigawatt. Het bedrijf behaalde eerder een rendement van 19 procent voor pure perovskietmodules en meer dan 29 procent voor tandemcellen.

Ook het bedrijf UtmoLight startte in februari 2025 een productielijn van 1 gigawatt. Opvallend is dat het 25 jaar garantie geeft op de energieopbrengst van zijn panelen. De modules worden bovendien al gebruikt in commerciële zonneprojecten in China.

In het Westen liggen de ontwikkelingen nog achter. Het Britse Oxford PV is een van de belangrijkste spelers in Europa. Deze spin-off van de Universiteit van Oxford was de eerste die commerciële tandemzonnepanelen op de markt bracht. Na meer dan tien jaar onderzoek halen hun huidige panelen een rendement van ongeveer 25 procent, met als doel om richting 30 procent te gaan in 2030.

Kort gezegd: China heeft momenteel de voorsprong in productie en schaal, terwijl Europa nog vooral in de opstartfase zit. Voor Europa draait het niet alleen om de technologie zelf, maar ook om het opbouwen van een concurrerende industrie. De kansen zijn er, maar ze moeten wel benut worden.

Overal zonne-energie?

Perovskiet-zonnepanelen komen langzaam op de markt, nu efficiëntierecords worden verbroken en er steeds nieuwe, goedkopere productiemethoden ontstaan.

Toch zijn er nog belangrijke obstakels. De stabiliteit van het materiaal blijft een probleem, net als mogelijke toxiciteit en het opschalen van de productie naar industrieel niveau.

Als die uitdagingen worden opgelost, zou perovskiet voor zonne-energie iets vergelijkbaars kunnen betekenen als led voor verlichting: goedkoper, lichter en toepasbaar op plekken die we ons nu nog nauwelijks kunnen voorstellen.