Hoe TU/e technologie de eindeloze kracht van de zon bij u in huis (en naar uw auto) brengt

Het gebruik van onconventionele materialen voor zonnecellen maakt ook deel uit van het onderzoek van universiteitshoogleraar René Janssen. Janssen leidt de interdisciplinaire groep Moleculaire Materialen en Nanosystemen, die gespecialiseerd is in het ontwikkelen van halfgeleidermaterialen van organisch materiaal en perovskiet. Ook onderzoekt en ontwikkelt de groep zogeheten meervoudige zonnecellen, waarbij meerdere absorptielagen samenwerken om de efficiëntie te verhogen.

Organische en perovskiet-halfgeleiders zijn gemakkelijk te produceren en potentieel goedkoop. Ook is het verrassend genoeg mogelijk om met deze materialen efficiënte zonnecellen te maken, ondanks hun ongeordende aard en grote defect-dichtheid. Janssens groep richt zich op het begrijpen en aanpassen van de subtiele interacties tussen de chemische en elektronische structuur in deze materialen. Door de lichtabsorptie, het ladingstransport en de nanoschaalstructuur te manipuleren kunnen deze nieuwe materialen verder worden verbeterd.

Meervoudige cellen combineren twee of meer subcellen, waarbij de verschillende materialen verschillende delen van het zonnespectrum absorberen, zodat de maximale efficiëntie voor elk van hen kan worden gecombineerd. Hier ligt de focus voor Janssens onderzoeksteam op het creëren van de optimale materialen om deze cellen efficiënt maken. Het team slaagde er als eerste ter wereld in om polymeerzonnecellen te maken in een oplossing. Momenteel werken de onderzoekers aan zonnecellen op basis van perovskiet. Meer over het werk van Janssen en zijn groep is te vinden op deze pagina. Zijn meest recente onderzoek is hier te vinden.

Erwin Kessels is gespecialiseerd in het gebruik van Atomic Layer Deposition (ALD) technieken om zeer efficiënte zonnecellen te maken op industriële schaal en tegen acceptabele kosten. ALD is een productietechniek waarmee ultradunne laagjes van een materiaal atoomlaag voor atoomlaag aangebracht kunnen worden op een substraat. Omdat de laagjes één voor één worden aangebracht is het mogelijk om zeer precieze en complexe structuren te fabriceren.

Deze nanolaagjes hebben meerdere toepassingen in zonnecellen. Allereerst worden ze gebruikt als zogeheten passiveerlaagjes om elektriciteitsverliezen aan het siliciumoppervlak te minimaliseren. Ten tweede kunnen ze fungeren als anti-reflectie coatings, die de hoeveelheid door siliciumcellen gereflecteerd licht minimaliseren. Ten derde worden ze gebruikt als transparante geleidende oxiden (TCO’s), die nodig zijn aan de voorzijde van niet op wafers gebaseerde zonnecellen om lading te geleiden. Ten vierde worden nanolaagjes gebruikt voor de productie van ultradunne-film-zonnecellen die, vanwege hun flexibiliteit en geringe gewicht, kunnen worden toegepast in gebouwen. En ten slotte kan met nanolaagjes de efficiëntie van zonnecellen op basis van perovskiet verbeterd worden.

Volgens Kessels is ALD veelbelovend voor de zonne-industrie, omdat het een technologie is die grootschalig gebruikt kan worden en gemakkelijk de stap van het laboratorium naar industriële toepassingen kan maken. Hij verwacht dat binnen een jaar of twee praktisch alle commerciële zonnepanelen nanolaagjes zullen bevatten die in zijn lab werden ontwikkeld. Samenwerking met industriële partners is een grote prioriteit voor Kessels. Hij is één van de drijvende krachten achter de Solliance alliantie, een samenwerkingsverband tussen vooraanstaande onderzoekers op het gebied van zonnetechnologie uit zowel de academische wereld als de industriële sector. Ga voor meer informatie over Kessels’ werk naar zijn groepspagina. Zijn meest recente onderzoek vindt u hier.

Michael Debije’s interesse ligt ook in de toepassing van zonnetechnologie in de gebouwde omgeving, maar hij benadert het onderwerp vanuit een andere hoek, namelijk als scheikundig ingenieur. Hij ontwerpt op polymeren gebaseerde zonne-energiesystemen die niet alleen elektriciteit opwekken, maar die ook de omgeving verfraaien en reageren op veranderingen in omgevingscondities. Hij werkt ook aan aanpasbare zonne-energiesystemen in de tuinbouwsector om het functioneren van kassen te verbeteren. De platen op basis van polymeren kunnen overal geïntegreerd worden waar het gebruik van conventionele zonnepanelen geen geschikte oplossing is.

Debije is vooral bekend van zijn werk met zogenaamde Luminescent Solar Concentrators (LSC’s), kleurrijke, aanpasbare zonnepanelen die bij uitstek geschikt zijn voor de stedelijke omgeving. LSC’s bestaan uit kleine luminescente deeltjes die het zonlicht opvangen en reflecteren tot het de randen van de zonnecel bereikt. Zo wordt het geconcentreerde zonlicht omgezet in elektriciteit.

Omdat LSC’s transparant zijn kunnen ze worden gebruikt in omgevingen waar zonnepanelen minder gewenst zijn, om esthetische redenen of omdat ze makkelijk beschadigd of vuil kunnen worden. Bijkomstig voordeel is dat LSC’s minder gevoelig zijn voor schaduw. Ga voor meer informatie over Debije’s werk naar zijn groepspagina. Zijn meest recente onderzoek vindt u hier.