211service.com
Efficiënte, goedkope zonnecellen
Een goedkope nieuwe manier om spiegels aan silicium te bevestigen levert zeer efficiënte zonnecellen op die niet veel kosten om te produceren. De techniek zou kunnen leiden tot zonnepanelen die elektriciteit produceren voor de gemiddelde prijs van elektriciteit in de Verenigde Staten.
Verdere reflectie: Deze nieuwe zonnecel is uiterst efficiënt maar goedkoop te maken dankzij een nieuwe techniek om spiegels op silicium te bevestigen.
Suniva , een startup gevestigd in Atlanta, heeft zonnecellen gemaakt die ongeveer 20 procent van de energie in het zonlicht dat erop valt omzetten in elektriciteit. Dat is meer dan 17 procent voor zijn vorige zonnecellen en dicht bij de efficiëntie van de beste zonnecellen op de markt. Maar in tegenstelling tot andere hoogrenderende siliciumzonnecellen, zegt: Ajeet Rohatgi , de oprichter en chief technology officer van het bedrijf, worden Suniva's gemaakt met behulp van goedkope methoden. Een dergelijke methode is zeefdruk, een relatief goedkoop proces dat veel lijkt op het zeefdrukproces dat wordt gebruikt om T-shirts te bedrukken.
Tot dusverre hebben de hoge kosten van zonnecellen ze beperkt tot een marginale rol in de energieproductie, goed voor minder dan 1 procent van de elektriciteit wereldwijd. Rohatgi berekent dat de goedkope productietechnieken van het bedrijf zonne-energie concurrerend maken met conventionele bronnen, waarbij elektriciteit wordt geproduceerd voor ongeveer 8 tot 10 cent per kilowattuur - de gemiddelde kosten van elektriciteit in de Verenigde Staten en veel lager dan de prijzen in veel markten.
De cellen van Suniva zijn vooral efficiënt omdat ze licht kunnen opvangen en fotonen in het actieve materiaal van de zonnecel houden totdat hun energie kan worden gebruikt om elektronen vrij te maken en een elektrische stroom op te wekken. Het basisconcept van het opvangen van licht is niet nieuw. Het is gebaseerd op het textureren van het vooroppervlak van de laag silicium die het actieve materiaal van de zonnecel vormt. De textuur creëert facetten die binnenkomend licht omleiden en breken zodat het, in plaats van rechtstreeks door het silicium te gaan, langs de lengte van de siliciumlaag reist. Zo blijven de fotonen langer in het materiaal en hebben ze een grotere kans om opgenomen te worden door atomen in het materiaal. Als dat gebeurt, kan de energie in de fotonen elektronen vrijmaken die worden gebruikt om stroom op te wekken.
Het opvangen van licht kan worden verbeterd door het getextureerde oppervlak te combineren met een reflecterende laag aan de achterkant van de siliciumlaag. De spiegel houdt het licht nog langer in de zonnecel, waardoor het aantal vrijgekomen elektronen verder toeneemt. Als gevolg hiervan kan het silicium de helft van zijn normale dikte zijn, terwijl het dezelfde hoeveelheid licht absorbeert. Door minder duur materiaal te gebruiken, worden de kosten direct verlaagd. Maar het stelt zonnecelmakers ook in staat om het te doen met goedkopere, minder zuivere vormen van silicium. In een conventionele zonnecel, die een siliciumlaag van 200 micrometer dik kan hebben, kunnen onzuiverheden in het materiaal gemakkelijk elektronen vangen voordat ze het oppervlak bereiken en ontsnappen om een stroom op te wekken. In een laag silicium van slechts 100 micrometer dik hebben de elektronen echter een kortere afstand om te reizen, zodat ze minder snel een onzuiverheid tegenkomen voordat ze ontsnappen. Silicium van lagere kwaliteit is veel goedkoper en gemakkelijker te maken dan het zeer geraffineerde silicium dat gewoonlijk in zonnecellen wordt gebruikt.
Sommige bedrijven hebben al producten geïntroduceerd die een getextureerde voorkant combineren met een gespiegelde achterkant, en het is aangetoond dat de techniek al jaren goed werkt in laboratoria. Maar het toevoegen van de reflecterende laag vereist doorgaans dure verwerking en lithografie. Rohatgi heeft eigen materialen ontwikkeld die met zeefdruk in de zonnecellen kunnen worden verwerkt. Dit, samen met andere ontwikkelingen die het fabricageproces vereenvoudigen, stelde het bedrijf in staat zeer efficiënte cellen te produceren tegen lage kosten.
Tonio Buonassisi , een professor in werktuigbouwkunde aan het MIT, zegt dat de nieuwe zonnecel van Suniva opwindend is omdat het een demonstratie is dat sommige van de hoogrenderende technologieën waaraan jarenlang in het laboratorium is gewerkt, op de markt kunnen worden toegepast. Hij zegt dat de beslissing van Suniva om dergelijke technologieën te gebruiken een risico is dat de meeste andere zonnecelbedrijven hebben vermeden. Nu Suniva een manier heeft ontwikkeld om deze technieken goedkoop toe te passen, voorspelt hij dat andere zonnecelbedrijven gedwongen kunnen worden om hetzelfde te doen om te concurreren.
Zeker, er is nog flink werk aan de winkel voordat de doelstelling van 8 tot 10 cent per kilowatt gehaald kan worden. Suniva heeft de cruciale eerste stap gedemonstreerd, namelijk laten zien dat het zonnecellen kan maken die meer dan 20 procent efficiënt zijn met zeefdruk. De resultaten zijn bevestigd door de Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie , in Golden, CO. Maar voor die tests gebruikte Suniva cellen met 200 micrometer dikke siliciumwafels, en om 8 cent per kilowatt te bereiken, zijn 100 micrometerwafels nodig. Dat dit technisch mogelijk is, staat vast. De uitdaging ligt in het verkrijgen van grote hoeveelheden van dergelijk silicium, aangezien zulke dunne wafels niet in de handel verkrijgbaar zijn, zegt Rohatgi. Bovendien zullen fabrieken moeten worden omgebouwd om cellen van 100 micrometer te kunnen verwerken, die machines die zijn ontworpen om dikkere wafels te verwerken, kunnen breken.
De prioriteit van het bedrijf is nu om de productie van zijn zeer efficiënte 200 micrometer-cellen op te schalen, waardoor de kosten van zonne-energie nog steeds kunnen dalen. Zodra de productie in grote hoeveelheden is gerealiseerd, is de volgende stap het introduceren van dunnere wafels, waardoor de kosten nog verder worden verlaagd.