De zonnepanelen van nu zijn alleen toepasbaar op platte, rigide oppervlakken omdat ze anders breken. Een recent ontwikkeld flexibel alternatief blijkt nu met dezelfde efficiëntie als rigide panelen zonne-energie te kunnen omzetten in stroom.
Buigbare zonnepanelen met een fractie van het gewicht van wat men nu gebruikt, kunnen het gebruik van zonne-energie gigantisch uitbreiden.
Stress
De meeste zonnecellen waar zonnepanelen vandaag de dag uit worden samengesteld, zijn gebaseerd op kristallen van silicium. Die zijn gemakkelijk te produceren en efficiënt in hun energieomzetting. Helaas kunnen ze alleen op een vlakke, stabiele ondergrond worden neergezet omdat ze breken onder mechanische stress (ofwel: buiging). Eerder ontwikkelde buigbare zonnecellen hebben dit probleem niet, maar zetten zonlicht veel minder efficiënt om in stroom dan rigide varianten.
‘Fossiele samenwerking is nodig voor een snelle energietransitie’
Universiteiten moeten hun samenwerking met de fossiele industrie niet stopzetten, vindt scheikundige Marc Koper. Dat vertraagt de energietransitie.
Nu hebben ingenieur Wenzhu Liu en zijn collega’s aan de Chinese academie voor wetenschap in Shanghai een dunne, lichtgewicht zonnecel van silicium gemaakt die zo flexibel is dat je hem kan oprollen zonder dat er enige vorm van efficiëntie verloren gaat.
Wafer
Het team creëerde de cel door een zogeheten fotovoltaïsche silicium wafer zestig procent dunner te maken. Een fotovoltaïsche silicium wafer is een halfgeleidend materiaal dat de energie van de zon kan omzetten in elektrische stroom. Zo’n dunne wafer is net zo buigbaar als papier. Maar daarmee ben je er nog niet.
Door het dunner maken wordt de wafer namelijk reflecterend, wat de efficiëntie van de energieomzetting vermindert. Met een chemische behandeling kan je microscopische piramidevormige hobbels op het oppervlak maken, waardoor het materiaal niet meer reflecteert. Maar door deze behandeling wordt het materiaal bros. Daar leek de weg dood te lopen, totdat Liu een idee kreeg om dat probleem op te lossen.
‘Op een dag, toen ik een plastic zakje scheurde langs een gestanst ribbelrandje, kwam er een vraag in me op door deze kleine inkeping op het zakje. Wordt de neiging van silicium cellen om te breken onder mechanische druk veroorzaakt door de scherpe inkepingen aan de rand van de wafers?’ zei hij.
Door het breken van de zonnecellen de filmen, zagen Liu en zijn team dat de breuklijnen begonnen aan de rand van een cel in de kanalen tussen de piramides. Toen ze deze kanalen glooiender maakten en de cel nogmaals bogen, vonden ze heel veel kleine oppervlakkige barstjes in de kanalen. Maar de cel brak niet, en bleef even efficiënt.
Nieuwe toepassingen
De buigbare cellen kunnen gemakkelijk gefabriceerd worden met de huidige silicium wafer technieken. Omdat ze 95 procent lichter zijn dan rigide cellen, kunnen ze ook op muren worden gebruikt zonder dat de structurele integriteit van een gebouw in gevaar komt. Liu en zijn team hebben de cellen al onder extreme condities getest – zoals de Zuidpool, op een drone op twintig kilometer hoogte en aan een ballon bij hoge windsnelheden. Daarmee toonde ze aan dat de cellen net zo goed en soms zelfs beter werken dan rigide zonnecellen.
Hernieuwbare energie ingenieur Kyle Frohna van de universiteit van Cambridge zegt dat het een indrukwekkend resultaat is. ‘Het maakt het gebruik van silicium mogelijk in een hele andere klasse toepassingen. Sommige daarvan zullen al bedacht zijn, maar sommige moeten we waarschijnlijk nog gaan bedenken.’
