Marc Seijlhouwer 10 mei 2021, 14:26

Nieuwe lijm maakt kwetsbare kristallen zonnecellen steviger en betrouwbaarder

Zonnecellen van perovskiet kunnen de wereld van de zonne-energie veranderen, maar ze hebben een groot minpunt. Ze gaan eerder stuk en zijn gevoelig voor regen of hagel. Een nieuwe high-tech lijm, ontwikkeld door Amerikaanse wetenschappers, maakt de brakste verbinding in de zonnecel steviger, waardoor een perovskiet zonnecel robuuster is. En daarmee is massale toepassing een stap dichterbij.

Kristal zon adobe stock Zonnecellen gemaakt van het kristal perovskiet kunnen veel opleveren | Beeld: Adobe Stock

De lijm is eigenlijk een mengsel van moleculen die, als het mengsel droogt, op een specifieke manier verbinding zoekt met materialen in de omgeving. Een combinatie van silicium en jodium zorgt voor een laagje dat de verbinding maakt tussen de laag perovskiet (die de zonne-energie absorbeert en omzet in elektronen) en de elektrodelaag eronder (die de elektronen door de cel vervoert).

Dit is de verbinding die volgens wetenschappers het zwakste punt is van de perovskiet zonnecel. Door temperatuurschommelingen en fysieke impact (bijvoorbeeld van regendruppels of hagel) kunnen de lagen loslaten en werkt de zonnecel niet meer. Dit maakt perovskiet gevoeliger voor defecten dan een normale zonnecel van silicium.

4000 uur zonder problemen

Maar met de ‘lijm’ zitten de elektrodenlaag en het perovskiet veel beter vast. Daarmee gaat de cel langer mee; de cel is nu 50 procent steviger met het molecuulmengsel om de lagen bij elkaar te houden. Dat heeft grote gevolgen voor de levensduur van de cel. Waar een gewone perovskiet-cel na 700 uur al op slechts 80 procent van de oorspronkelijke energie zat, gebeurde dit bij de versterke cel pas na 4000 uur.

Hiermee is een belangrijk probleem van perovskietcellen opgelost. Hoewel het team van de Amerikaanse Brown University niet het enige is dat werkt aan de versteviging van zonnecellen, lijkt deze methode goed te werken met relatief eenvoudige materialen. Als het ook op grote schaal werkt, is een belangrijk minpunt van perovskiet zonnecellen opgeheven. En aangezien de cellen in theorie veel goedkoper en met minder materiaal zijn te produceren, zijn ze misschien wel de toekomst van massale betaalbare zonne-energie.

Weet je wat ook goed gebruikt kan worden in zonnecellen? Een snuf chili peper.

IEA: Klimaatdoelen komen in gevaar door mineralenschaarste

Mineralen als nikkel, lithium en kobalt zijn belangrijke onderdelen in veel schone energietechnologieën, zoals in windturbines, zonnepanelen en elektrische voertuigen. Om de klimaatdoelen van het Parijsakkoord te halen, moeten we minder CO2 uitstoten en méér groene energie opwekken en verbruiken. Dat betekent dat we meer zonnepanelen, meer windturbines en meer elektrische auto’s moeten produceren. En om de doelstellingen te halen moet de productie van mineralen de komende twintig jaar minstens met een factor vier omhoog.Het probleem is volgens het IEA niet dat er onvoldoende in de grond zit, maar dat de bestaande plannen tekortschieten. “Een typische elektrische auto heeft zes keer zoveel mineralen nodig als een conventionele auto, en een offshore windmolenpark vereist dertien keer meer minerale hulpbronnen dan een gasgestookte elektriciteitscentrale van vergelijkbare grootte”, licht directeur Fatih Birol toe in een commentaar.Betrouwbare en duurzame aanvoer mineralenUit het onderzoek blijkt dat veel mineralen afkomstig zijn van een klein aantal producenten. "In het geval van bijvoorbeeld lithium en kobalt hebben de drie grootste producenten ter wereld meer dan driekwart van de wereldwijde productie in handen", zegt Birol. "Deze hoge geografische concentratie, de lange doorlooptijden om nieuwe mineralen-productie op gang te brengen, de afnemende kwaliteit van hulpbronnen in sommige gebieden én verschillende milieu- en sociale effecten roepen allemaal zorgen op over een betrouwbare en duurzame aanvoer van mineralen."Het IEA doet daarom zes aanbevelingen om de veiligheid van mineralen te waarborgen. Ten eerste is het belangrijk dat er voldoende investeringen in diverse aanbod-bronnen worden gedaan. Daarnaast is het essentieel dat technologische ontwikkelingen in de gehele keten worden gestimuleerd. Ook moet recycling van gebruike mineralen worden opgeschaald en moet de transparantie van de toeleveringsketen vergroot worden. Tot slot moeten producenten worden gedwongen om aan strengere milieu- en sociale normen te voldoen en moeten beleidsmakers duidelijke signalen over hun klimaatambities kenbaar maken. Birol: "Doelstellingen moeten in daden worden omgezet."Circulaire economieEerder dit jaar kwam adviesbureau KPMG met een soortgelijke oproep. In het rapport werd gepleit voor een circulaire economie, waarbij hergebruik van mineralen wordt gestimuleerd in plaats van oneindige grondstoffenwinning. Bouwbedrijf New Horizon Urban Mining werkt al met deze techniek en produceert én levert circulaire bouwmaterialen. Het bedrijf ‘oogst’ gebouwen en zet de materialen opnieuw in. Zo maakte het bedrijf recycling van beton, baksteen en bitumen mogelijk.Meer weten over hergebruik van grondstoffen en Urban Mining? In deze podcast gaat Paul van Liempt in gesprek met Michel Baars, directeur van New Horizon Urban Mining. Zijn bedrijf recyclet grondstoffen uit oude gebouwen en ontwikkelt innovatieve technieken die hoogwaardige recycling mogelijk maken.