Nieuwe organische zonnecellen vestigen efficiëntie wereldrecord

- Dec 27, 2019-

Bron: scitechdaily.com


Organic Record Solar Module bij de Solar Factory of the Future

Dr. Andreas Distler (ZAE Bayern) met de organische record-zonnemodule in de Solar Factory of the Future. Op de achtergrond de pilootlijn voor afgedrukte dunne-film fotovoltaïsche cellen.


Een onderzoeksteam uit Neurenberg en Erlangen heeft een nieuw record gevestigd voor de energieconversie-efficiëntie van organische fotovoltaïsche modules (OPV). De wetenschappers van Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), het Beierse centrum voor toegepast energieonderzoek (ZAE) en het Helmholtz-instituut Erlangen-Nürnberg voor hernieuwbare energie (HI ERN), een tak van Forschungszentrum Jülich, in samenwerking met de South China University of Technology (SCUT), ontwierp een OPV-module met een efficiëntie van 12,6 procent over een oppervlakte van 26 vierkante centimeter. Het voormalige wereldrecord van 9,7 procent werd met 30 procent overschreden.


Dit is de hoogste efficiëntiewaarde die ooit is gemeld voor een organische fotovoltaïsche module. Het werd bevestigd door een gecertificeerde gekalibreerde meting onder standaard testomstandigheden door het onafhankelijke certificatielaboratorium van Fraunhofer ISE (Freiburg) in september 2019. De meercellige module werd ontwikkeld in de Solar Factory of the Future op de Energie Campus Nürnberg (EnCN) in een coatinglaboratorium met een unieke megawatt-pilootlijn voor dunne-film fotovoltaïsche cellen, ontworpen en geïmplementeerd met financiële steun van het Beierse ministerie van Economische Zaken.



"Deze doorbraak toont aan dat Beieren niet alleen een leider is in de ontwikkeling van fotovoltaïsche installaties, maar ook een leidende positie heeft in de ontwikkeling van toekomstige technologieën", benadrukt Hubert Aiwanger, Beierse minister van Economische Zaken, Regionale Ontwikkeling en Energie.


Organische zonnecellen bestaan meestal uit twee verschillende organische componenten, die de nodige halfgeleidereigenschappen bezitten. In tegenstelling tot conventioneel gebruikt silicium, dat wordt vervaardigd door energie-intensieve smeltprocessen, kunnen organische materialen rechtstreeks vanuit oplossingen op een dragerfilm of glazen drager worden aangebracht.


Enerzijds verlaagt dit de productiekosten, anderzijds maakt het gebruik van flexibele, lichtgewicht materialen nieuwe toepassingen mogelijk, zoals mobiele apparaten of kleding, zelfs als de efficiëntie nog niet vergelijkbaar is met die van traditionele silicium zonnecellen.



"Deze mijlpaal in organisch halfgeleideronderzoek toont aan dat de nieuwste prestatieontwikkelingen met gecertificeerde celefficiënties van meer dan 16 procent niet beperkt zijn tot de laboratoriumschaal, maar klaar zijn om opgeschaald te worden tot het niveau van prototypemodules", legt prof. Christoph Brabec van FAU uit , directeur bij HI ERN en wetenschappelijk directeur van de Solar Factory of the Future, een onderzoeksgroep van ZAE Bayern.


Vanwege hun ontwerp is de efficiëntie van complete fotovoltaïsche modules altijd iets lager dan die van individuele cellen. Een deel van het modulegebied is bijvoorbeeld altijd inactief, omdat het wordt gebruikt voor de onderlinge verbinding van de afzonderlijke cellen. Met een toenemend moduleoppervlak nemen ook de verliezen toe die worden veroorzaakt door de elektrische weerstand van de elektroden.


De opnamemodule bestaat uit twaalf serieel verbonden cellen en heeft een geometrische vulfactor van meer dan 95 procent. Dit deel van het modulegebied draagt actief bij aan de stroomopwekking. Met betrekking tot het actieve gebied behaalt de module zelfs een efficiëntie van 13,2 procent. De minimalisatie van inactieve gebieden werd bereikt door laserstructurering met hoge resolutie, zoals ontwikkeld en geoptimaliseerd in de afgelopen jaren bij de "Solar Factory of the Future".