Beter rendement met nieuw type silicium zonnecel

woensdag 16 april 2008 10:31

Petten - Onderzoekers van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) hebben een eenvoudige methode ontwikkeld om het rendement van kristallijn silicium zonnecellen met 6 % te verhogen, relatief gezien. Ze gebruikten een ander type silicium en slaagden erin de elektrische verliezen aan de voorkant van de cellen sterk te verminderen. Dit maakt een nieuwe generatie industriële zonnecellen mogelijk.

Kristallijn silicium zonnecellen worden op dit moment hoofdzakelijk gemaakt van p-type silicium plakken (wafers). Silicium is een zogenaamde halfgeleider die in twee varianten wordt gemaakt. De deeltjes in het silicium die de lading geleiden (de 'ladingsdragers') zijn positief dan wel negatief. De positief geladen deeltjes ontstaan wanneer het silicium met een klein beetje boor wordt vermengd. Dat levert het zogenaamde p-type silicium op. De negatief geladen deeltjes ontstaan wanneer het silicium licht vermengd wordt met fosfor, waardoor het n-type silicium ontstaat. Onderzoekers van ECN hebben aangetoond - en daarover gepubliceerd - dat aanzienlijk hogere celrendementen bereikt worden als de zonnecellen van plakken van het n-type silicium worden gemaakt, en vervolgens volgens een speciaal procédé worden bewerkt (zie onder). Zij gebruikten in hun onderzoek goedkope fabricagestappen die ook binnen het normale industriële productieproces worden gebruikt, zoals zeefdrukken van metaalcontacten.

Groot rendementsvoordeel
Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers een nieuwe, eenvoudige en gepatenteerde methode om elektrische verliezen aan de voorzijde van de n-type zonnecellen sterk te verminderen. Dat gebeurt door het “passiveren” van het oppervlak waar het licht op valt. Hiermee wordt voorkomen dat ladingsdragers aan het oppervlak verdwijnen ('recombineren') en daardoor niet meer aan de elektrische stroom uit de zonnecel bijdragen. Met de nieuwe technologie blijven meer ladingsdragers  behouden, waardoor het celrendement toeneemt.

Het rendement is verschillend per type plak. Voor n-type cellen die zijn gemaakt van monokristallijne plakken is het rendementsvoordeel ten opzichte van de huidige p-type cellen groot: ongeveer 1% absoluut. Hierbij wordt een fabricageproces gebruikt dat vergelijkbaar is in kosten en complexiteit met het normale p-type proces. (De getallen zijn gebaseerd op een vergelijking binnen ECN). Dit voordeel lijkt misschien niet groot, maar bij het tot nu toe gebruikelijke omzettingsrendement van zonnecellen van 15 tot 17%, levert een toename van één procent absoluut, een relatieve winst op van 6%. Voor n-type cellen die zijn gemaakt van multikristallijne plakken hangt het voordeel af van de kwaliteit van de plak. Het lijkt erop dat het voordeel vergelijkbaar met dat van monokristallijne plakken is.

Op de monokristallijne cellen werd een maximaal rendement van 18,3% bereikt (17,9% gemiddeld). Op multikristallijne plakken werd 16,4% bereikt. In beide gevallen gebruikten de onderzoekers normale industriële plakken met een grootte van 125 mm.

Hoger rendement uit minder zuiver materiaal
Paul Wyers, manager van de ECN unit Zonne-energie, over de voordelen: ‘ Wij zijn van mening dat n-type celtechnologie belangrijke voordelen biedt voor commerciële zonnecelproductie. Bijvoorbeeld doordat je hogere rendementen kunt behalen met minder zuiver materiaal. Dat kan belangrijk zijn voor bedrijven die nieuwe siliciumgrondstof gaan gebruiken van lagere kwaliteit, en dus goedkoper materiaal. Maar er zijn ook generieke voordelen voor deze celtechnologie, relevant voor iedere kwaliteit silicium en plak, zoals de betere omzetting van zonlicht met korte golflengtes in elektriciteit. Daarom hebben industriële n-type cellen, gebaseerd op eenvoudige goedkope productiemethoden zoals zeefdrukken, de potentie uit te groeien tot een belangrijke nieuwe categorie op de zonne-elektriciteit-markt.’

Omdat het fabricageproces gebaseerd is op dezelfde soort procesapparatuur zoals momenteel in gebruik is voor p-type silicium cellen, kan het proces snel in de industrie geïmplementeerd worden. In principe zelfs met kleine aanpassingen in bestaande productielijnen. ECN is van plan door de verdere ontwikkeling van verschillende typen zonnecellen deze technologie op de korte en middellange termijn geschikt te maken voor de markt.

Achtergrond
Zonnecellen zorgen ervoor dat (zon)licht direct omgezet wordt in elektriciteit. Deze vorm van energieomzetting wordt gezien als een van de belangrijkste toepassingen voor de toekomstige wereldwijde energiehuishouding. Op dit moment is in Nederland de elektriciteit uit zonnecellen ongeveer twee keer zo duur als de consumentenprijs van elektriciteit uit het net. Het onderzoek van ECN richt zich op het verlagen van de kosten van zonnestroom door het verbeteren van het omzettingsrendement van de cellen en het gebruik van goedkopere materialen.

Artikel:
ECN-wetenschapper Valentin Mihailetchi et al., Appl.Phys. Lett. 11 February 2008, Volume 92, Issue 6, page 063510. De publicatie kan worden gedownload via de ECN-website, http://www.ecn.nl/publications/default.aspx?nr=ECN-W--08-007

Afbeelding:

Dit is de dwarsdoorsnede van het principe van de nieuwe zonnecel. De gepatenteerde doorbraak is bereikt op de groene laag (dubbelfunctie als antireflectie coating en passiverende laag). De halfgeleider-polariteiten (n voor de plak,  p+ voor de emitter) vormen het fundamentele verschil met 'normale' silicium zonnecellen waarin de plak p is en de emitter n+.

------------------------------------------------------------------------------------------
Noot voor de redactie:
Voor meer inhoudelijke informatie kunt u contact opnemen met Jan Bultman via telefoonnummer 0224-564786.
Voor andere vragen belt u persvoorlichter Florentine de Maar op 0224-564050.

 

Categorie: Corporate, Zonne-energie