Dunne film zonnecellen: op zoek naar flexibele en goedkopere energie
In de huidige evolutie naar elektrificatie van het net en een koolstof neutrale samenleving speelt zonne-energie een immens belangrijke rol. Deze vorm van hernieuwbare energie is maar weinig beperkt door omgevingsfactoren, waar andere bronnen wel door worden tegengehouden. PV zal ongetwijfeld uitgroeien tot een van de belangrijkste vormen van elektrische energieproductie. Het draagt bij tot de ambitie van de Europese Unie, doormiddel van energie besparingen, diversificatie van energiebronnen en een versneld uitrollen van hernieuwbare energie. De EU Solar Strategy bestaat uit het verdubbelen van de totale PV capaciteit en eisen dat elk nieuw gebouw voorzien wordt van zonnepanelen.
Transparante zonnecellen.
Het meest bekende type PV is ongetwijfeld op basis van silicium, maar er zijn tegenwoordig valabele alternatieven, zoals dunnefilm PV. Zij bieden vele voordelen welke voornamelijk het resultaat zijn van de hoge lichtabsorptie. Zo is er een minder dikke laag nodig om eenzelfde hoeveelheid licht te absorberen en vereisen deze cellen een veel lager materiaalgebruik. De dunnefilm zonnecellen zijn dus ook goedkoper. Daarnaast biedt de gereduceerde dikte ook de kans om deze zonnecellen te fabriceren op flexibele substraten. Dit voordeel kan benut worden bij onder andere Building Integrated PV (BIPV) en de integratie in tandem toepassingen, waar twee cellen bovenop elkaar gefabriceerd worden om meer van het zonnespectrum te benutten. De belangrijkste pijlers om dunne film onderzoek te rechtvaardigen zijn dus duurzaamheid (lager gebruik materialen/energie), tandem (hogere efficiëntie) en integrated PV (in building, vehicle of zelfs agri toepassingen).
Een van de meest bepalende factoren voor fotovoltaïsche toepassingen is de efficiëntie waarmee zonnelicht wordt omgezet in bruikbare elektrische energie. De efficiëntie van CIGS is nog steeds lager dan deze van de alomtegenwoordige silicium varianten omwille van fysische beperkingen maar ook andere materiaalkundige obstakels die nog onderzocht kunnen worden. In mijn onderzoek voor de masterproef werd een verbetering van de omzettings efficiëntie gerealiseerd door de procescondities tijdens het sputteren van de toplagen te optimaliseren . Zeker in het hele PV-gebeuren telt elke percent verbetering zwaar door.
Naast efficiëntie is ook de levensduur van een PV-installatie een essentiële factor. Bedrijven die investeren in hernieuwbare energie verwachten dat een installatie zo lang mogelijk rendabel blijft. Het is echter onvermijdelijk dat zonnecellen na verloop van tijd degraderen, waardoor hun prestatiekracht afneemt. Eens dat een installatie een bepaald piekvermogen niet meer behaalt, zal het vervangen moeten worden. Hierdoor zorgt een verbetering van de levensduur rechtstreeks voor een economisch, maar ook ecologisch, interessanter product. In mijn onderzoek werd vastgesteld dat het veranderen van een bepaalde parameter tijdens het sputteren ook hier significante verbeteringen teweeg bracht. In tegenstelling tot het normale proces, waar de degradatie een merkbare impact op de prestatie van de cellen, resulteerde het nieuwe proces in cellen met een verlengde levensduur. Een prestatiedaling op middellange termijn was zelfs niet merkbaar.
Als conclusie kan er gezegd worden dat met deze verbeteringen een succesvolle optimalisatie van de toplagen gerealiseerd werd. Mijn masterthesis heeft op die manier bijgedragen aan de inspanningen om van CIGS een interessantere PV keuze te maken. Dit werd gerealiseerd door cellen te fabriceren die beter presteren en minder degraderen. Beide verbeteringen dragen bij tot een garantie van de duurzaamheid. Zo worden dunne film PV steeds interessanter om in vele toepassingen gebruikt te worden. Goedkopere en meer performante hernieuwbare energie is dan ook essentieel voor een groene toekomst.
Het verlagen van de power bij het sputteren geeft betere efficienties.
