Met tandem-technologie naar hoger rendement

BELANG VAN TANDEM-PV VOOR HOOG RENDEMENT

Het hogere rendement dat met tandem-pv behaald wordt, draagt bij aan het verlagen van de totale kosten voor het opwekken van elektriciteit, en vermindert het benodigde oppervlak voor stroomopwekking met pv. Beide aspecten dragen bij aan de transitie naar grootschalig gebruik van duurzame energie in de maatschappij.

Infographic

Een tandem paneel bestaat uit twee zonnecellen boven elkaar, waarbij in dit geval de bovenste zonnecel, van type perovskiet, het rode licht door laat naar de onderste zonnecel, een silicium zonnecel. In dit geval is de onderste zonnecel tweezijdig werkend, waardoor ook (strooi)licht dat op de achterkant van het paneel valt, stroom kan opwekken. Vier- en twee-terminal zijn twee uitvoeringen waarbij de twee gestapelde zonnecellen afzonderlijk stroom geven of dat de twee zonnecellen, net als batterijen in een zaklamp ook elektrisch 'op elkaar' liggen.

DE MARKT

De internationale technologieroadmap voor pv (ITRPV) voorziet dat tandem-pv op basis van kristallijn silicium (c-Si) snel een industrieel product wordt, en dat het een significant marktaandeel zal hebben in 2025. Vanwege de beperkte beschikbaarheid van land voor zonne-energie, en het belang van zonnepanelen op daken, is de technologie zeer geschikt voor Nederland.

TECHNOLOGIEËN

Hybride organisch-anorganische perovskiet dunne-film zonnecellen zijn de belangrijkste kandidaat om gecombineerd te worden met c-Si in een tandemconstructie. Binnen het samenwerkingsverband Solliance, voert TNO samen met de industrie een onderzoeksprogramma uit naar perovskiet-pv-technologie. Samen met academische en industriële partners werkt TNO aan de combinatie van perovskiet dunne-film zonnecellen met c-Si zonnecellen in tandem pv-modules. Op dit moment is al een rendementsverbetering t.o.v. gangbare industriële c-Si cellen behaald van 5 procentpunt. Daarnaast is een vermogensdichtheid van meer dan 30 mW/cm2 (300W/m2) gedemonstreerd met tweezijdige pv tandem-cellen. In 2018 is TNO begonnen met opgeschaalde veldtesten met tandemmodules en doet ook onderzoek naar volledig op dunne-film gebaseerde pv-tandemtechnologie , bijvoorbeeld de combinatie van perovskiet met CIGS of perovskiet met perovskiet tandem.

SAMENWERKEN MET PARTNERS

Dankzij een brede kennis van de gehele productieketen, van silicium wafers tot zonnecel en pv-systeem, kan TNO ondersteuning en samenwerking bieden op de volgende gebieden:

• Aanpassing van c-Si cel- en moduletechnologie voor toepassing in tandem panelen. Voorbeelden zijn specifieke toepassingen van polySi gepassiveerde contacten die ontwikkeld zijn door TNO (ook wel bekend als industrieel TOPCon ), of gebruik van achterzijde-contact cel- en moduletechnologieën.
• Ontwikkeling van de hoog-rendement dunne film perovskiet zonnecel voor toepassing als bovenste zonnecel in de tandem met een brede selectie aan licht-doorlatende, dunne lagen voor elektrische geleiding.
• Opschalen van het fabricage proces van deze perovskiet zonnecellen en materialen voor industriële productie. Dit vind plaats in onderzoeksprogramma met partners, demonstratieprojecten en haalbaarheidsstudies.
• Toepassing van dunne film zonnecellen, met name perovskiet zonnecellen, in een tandem paneel, bijvoorbeeld ontwikkeling en toepassing van materialen die bescherming bieden aan de perovskiet zonnecel en het ontwerp van de elektrische verbinding van de cellen en de Bill of Materials (BoM).
• Integraal ontwerp van de tandemstructuur, inclusief karakterisatie, modellering en optimalisatie. Bijvoorbeeld optische analyse en optimalisatie om hoogst mogelijke rendementen te bereiken.
• Versnelde verouderingstesten, met analyse van en oplossingen voor de manier waarop de zonnepanelen schade oplopen. Voor perovskiet zonnecellen zijn andere verbindingsmethoden en materialen voor bescherming nodig dan voor de huidige, standaard zonnepanelen. Een belangrijk doel van het onderzoeksprogramma van TNO is de ontwikkeling van stabiele tandem-modules met een lange levensduur.
• Het volgen van de prestaties van tandem panelen door het vergaren van betrouwbare gegevens uit veldtesten waardoor er inzicht in de energieopbrengst gekregen wordt.