211service.com
Licht focussen op siliconenkralen
Een bedrijf in Japan heeft een nieuwe manier ontwikkeld om zonnecellen te maken die de productiekosten met maar liefst 50 procent verlaagt. De fotovoltaïsche (PV) cellen zijn opgebouwd uit reeksen van duizenden kleine siliciumbolletjes omgeven door zeshoekige reflectoren.
Silicium bollen: Door zonnecellen te maken van kleine bolletjes silicium (bovenste afbeelding, zwart) kan de hoeveelheid materiaal die wordt gebruikt worden teruggebracht tot slechts een vijfde. Zeshoekige reflectoren (middelste afbeelding) zorgen ervoor dat het meeste licht op de bollen valt. Door een flexibele foliebodem kunnen de zonnecellen voor verschillende toepassingen worden gevormd (afbeelding onder).
Het belangrijkste voordeel van het systeem is dat het de totale benodigde hoeveelheid silicium vermindert, zegt Mikio Murozono, president van Schone onderneming 21 (CV21), gevestigd in Kyoto, Japan. We gebruiken een vijfde van het ruwe siliciummateriaal in vergelijking met traditionele PV-cellen, zegt hij.
Dit kan een enorm verschil maken voor de totale kosten van het produceren van zonnecellen, zegt Howard Branz , hoofdwetenschapper aan de Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie 's Nationaal centrum voor fotovoltaïsche energie , in Golden, CO. Ongeveer 20 tot 30 procent van de kosten van een zonnecelmodule gaat naar de kosten van het ruwe silicium, zegt hij.
CV21 begon in oktober met de productie van zijn cellen; de eerste van zijn 10 kilowatt-modules gaan deze maand in de verkoop. Hoewel deze modules in eerste instantie ongeveer hetzelfde zullen kosten als de traditionele variant, zal de prijs in 2008 met 30 procent dalen, aangezien de productie in mei stijgt van 1.000 cellen per dag naar 60.000 cellen per dag, zegt Murozono. Het uiteindelijke doel is om ze in 2010 50 procent goedkoper te maken dan bestaande cellen, zegt hij.
Bolvormige zonnecellen werden ongeveer 30 jaar geleden oorspronkelijk door Texas Instruments voorgesteld, zegt Branz. Maar hoewel ze het potentieel hadden om de gebruikte hoeveelheid silicium te verminderen, brachten ze een groot aantal nieuwe problemen met zich mee. Hun gebogen oppervlakken kunnen er bijvoorbeeld voor zorgen dat er meer licht wordt gereflecteerd, wat hun efficiëntie vermindert. Bovendien wordt slechts de helft van de bol daadwerkelijk aan licht blootgesteld. Aanzienlijke openingen hebben ook de neiging zich te vormen tussen de bollen wanneer ze in arrays worden gerangschikt, wat de efficiëntie van de zonnecel verder kan verminderen.
De oplossing van CV21 was om elk van de siliciumbollen met een diameter van één millimeter in zijn eigen zeshoekige aluminiumreflector te plaatsen. Deze werken als koplampen van auto's, maar dan omgekeerd, zodat elk licht dat op de reflector valt, naar de bol wordt gericht. Wanneer deze benadering wordt gebruikt, wordt zelfs de onderkant van de bol gebruikt. Door de zeshoekige vorm van de reflectoren kunnen ze in elkaar worden geschoven zonder dode ruimte ertussen. In feite zijn dit mini-concentratoren, zegt Branz.
De bollen zelf bestaan uit een positief gedoteerde (p-type) bol van silicium. Het oppervlak van de bal is behandeld om het negatief gedoteerd te maken (n-type), en er is ook een antireflecterende coating toegevoegd. Deze twee buitenste lagen vormen de basis van het fotovoltaïsche halfgeleidermateriaal. De bollen worden vervolgens via een gat aan de onderkant van de reflector op een flexibele foliesubstraat gebonden aan een elektrode.
Door de flexibele foliebasis kunnen de modules voor verschillende toepassingen worden gevormd. Je zou ze kunnen installeren op hybride elektrische auto's en gebogen dakpannen op daken, zegt Murozono.
Ik denk dat de technologie werkt, zegt Branz. Maar de vraag is of het bedrijf de zonnecellen efficiënter kan maken. De cellen die momenteel worden geproduceerd, hebben een efficiëntie van slechts ongeveer 10 procent, zegt hij. Op dit moment zijn de meeste zonnecellen 14 tot 15 procent efficiënt.
De kosten met 30 procent verlagen helpt niet als er 30 procent meer cellen nodig zijn om dezelfde hoeveelheid elektriciteit te produceren, zegt Branz.
Murozono zegt dat er manieren zijn om de cellen efficiënter te maken, bijvoorbeeld door de zuiverheid en kwaliteit van het silicium te verbeteren. Het verkleinen van de bolletjes tot 0,8 millimeter moet ook de prestaties verbeteren, terwijl de kosten nog verder worden verlaagd door 20 procent minder silicium te gebruiken. We gaan de efficiëntie verbeteren tot 13 procent in 2008 en 15 procent in 2010, zegt Murozono.
Er is wereldwijd een tekort aan hoogwaardig silicium, zegt Charles Cromer , een onderzoeker aan het Florida Solar Energy Center, in Cocoa, FL. Dit tekort is grotendeels veroorzaakt door de groei van de vraag naar geïntegreerde schakelingen en zonnecellen, en heeft er alleen maar toe geleid dat de prijs van siliciumintensieve fotovoltaïsche energie is gestegen. Dus een zonnecel die veel minder silicium gebruikt dan zijn concurrenten, zou CV21 een echt voordeel moeten geven in termen van kostenverlaging. Maar alleen omdat ze ze goedkoper kunnen maken, wil nog niet zeggen dat ze ze voor de helft van de prijs aan consumenten zullen verkopen, zegt Cromer.