Fotovoltaïsche film, ook dunne film zonnepanelen genoemd, is een type zonnepaneel gemaakt door een dunne laag fotovoltaïsch materiaal aan te brengen op een ondergrond als glas, metaal of kunststof. Deze panelen zijn flexibel, licht en kunnen op gebogen oppervlakken worden toegepast, zoals op auto’s, boten of overkappingen. Hoewel de opbrengst per vierkante meter lager is dan bij traditionele zonnepanelen, bieden dunne film panelen voordelen zoals een strak design en lagere productiekosten.
Leden van het onderzoeksteam; foto Xinhua (disclaimer)
Het team
Huang Wei en Xin Yi van het National Key Laboratory of Flexible Electronics van de Nanjing University of Post and Telecommunications leiden een team van onderzoekers die onderzoek verrichten op een breed gebied van ‘koper-zink-tin-sulfoselenium’. Het heeft een fotovoltaïsche film ontwikkeld door flexibele fotovoltaïsche materialen te bereiden met een foto-elektrische conversie-efficiëntie van 10,1%. Het internationale academische tijdschrift Nature · Energy publiceerde hun resultaten op 15 september online.
Blik terug
Volgens Xin Yi was de eerste generatie fotovoltaïsche materiaal van kristallijn silicium erg hard. Het doel van het lopende onderzoek op het gebied van fotovoltaïsch materiaal is om fotovoltaïsche materialen zacht, licht en dun te maken, zodat het zelfs op kleding genaaid kan worden. Hoewel het met de nieuwe generatie fotovoltaïsche materialen zoals calciet makkelijk is om dunne films te maken, zijn hun prestaties nog steeds onstabiel. Dit team ging daarom terug naar het fotovoltaïsche materiaal van de tweede generatie: ‘koper-indium-gallium-selenium’.
Nieuwe formule
‘Koper-indium-gallium-selenium’ had al lange tijd geen doorbraak meer gemaakt vanwege de lage kwaliteit van films en de hoge kosten van indium en gallium. Xin Ying vertelde de verslaggever dat zij en haar team in 2021 indium en gallium vervingen door zink en tin en de traditionele vacuümmethode verving door een oplossingsmethode om een 0,1 vierkante centimeter ‘koper-zink-tin-zwavel-selenium’ fotovoltaïsche film te bereiden, met een foto-elektrische conversie-efficiëntie van 13%.
Trial and error
Over het algemeen wordt echter aangenomen dat wanneer de oppervlakte van fotovoltaïsche modules groter is dan 10 vierkante centimeter, de foto-elektrische conversie-efficiëntie van praktisch belang is. Naarmate het gebied van de film wordt vergroot, zal de foto-elektrische conversie-efficiëntie sterk worden verminderd. Na meer dan 4 jaar onderzoek ontdekte het team dat tijdens het bereiden van de film met de oplossingsmethode te vroeg een dichte kristallijne laag op het oppervlak van de film werd gevormd, waardoor het pad van selenium in de film werd geblokkeerd.
Resultaat
Het team heeft herhaaldelijk geëxperimenteerd om de ‘formule’ van de oplossing nauwkeurig te regelen, de porositeit van de film te verbeteren, de structuur losser te maken, zodat selenium volledig kan doordringen, de uniformiteit en oppervlaktevlakheid van de film te verbeteren en met succes een fotovoltaïsche module te bereiden met een effectieve oppervlakte van 10,48 vierkante centimeter. Getest door internationale gezaghebbende instellingen, bereikte de foto-elektrische conversie-efficiëntie van de nieuwe film 10,1% en werd het officieel opgenomen in de internationale Solar Cell Efficiency Table.
Voordelen
Volgens Huang Wei is het voordeel van de route ‘koper-zink-tin-zwavel-selenium’ dat de grondstoffen overvloedig aanwezig zijn, dat het niet giftig is en lage kosten heeft. De onderzoeksresultaten geven aan dat de bereiding van anorganische flexibele fotovoltaïsche materialen door de oplossingsmethode niet alleen theoretisch haalbaar is, maar ook het potentieel heeft voor toepassing op industriële schaal.
Commentaar
Als technische leek ben ik met name geïntrigeerd door de mogelijkheid deze fotovoltaïsche film op, b.v., de schouders van een jas aan te brengen. Zo kun je al lopend of fietsend je telefoon of ander electronisch gadget opladen.
Bron: Xinhua News Agency 15/9/2025
