TNO is er in geslaagd om met een nieuw zeefdrukproces koper aan te brengen op zonnecellen in zonnepanelen. De koper-gemetalliseerde cellen leveren prestaties die circa 1 procent achterlopen op die van traditionele zilver-gemetalliseerde cellen, terwijl koper circa 100 keer goedkoper is en ongeveer 1000 keer minder schaars. Zo kan de productie van zonnepanelen goedkoper en duurzamer worden opgeschaald.
Zonnecellen absorberen zonlicht en zetten dit om in een elektrische stroom. Om deze elektrische stroom op te vangen en af te voeren, is een raster van dunne zilveren lijnen op het oppervlak van de cel aangebracht. Met de vinding van TNO kan het zilver vervangen worden door koper.
Nieuw proces, bestaande technologie
Het nieuwe proces – dat gebruikmaakt van de bestaande productietechnologie van zeefdrukken – maakt het mogelijk om zeer smalle koperlijnen aan te brengen op zowel de voor- als achterkant van de zonnecellen. Prestaties van deze koper-gemetalliseerde cellen liggen binnen 1% van traditionele zilver-gemetalliseerde cellen. Hierbij is een vergelijking gemaakt met silicium heterojunctie (HJT) zonnecellen, een type zonnecellen met bijzonder hoog rendement en hoge energieopbrengst.
Vraag naar zonnepanelen neemt toe
De wereldwijde vraag naar zonne-energie groeit snel. Volgens schattingen kan de jaarlijkse groei van PV-capaciteit in 2035 oplopen tot bijna 1 terawatt. Bij zo’n opschaling van de PV-productie zou tot 50% van de jaarlijkse zilverproductie alleen al voor zonnecellen nodig zijn.
Duurzame opschaling
Yu Wu, hoofdonderzoeker bij de Solar Energy Group van TNO: “Deze doorbraak opent een belangrijke mogelijkheid voor zilvervrije HJT-zonnecelproductie zonder extra investeringen in productieapparatuur en complexere productieprocessen. Het biedt ook uitstekende potentie voor toepassing in toekomstige hoogefficiënte perovskiet/silicium-tandemzonnecellen.”
Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met de Nederlandse PV-startup MCPV. Benjamin Strahm, CTO van deze startup: “Het resultaat is zeer belangrijk voor duurzame opschaling van de productie van HJT zonnecellen: de zilverkosten- en beschikbaarheidsbeperkingen verminderen, met minimale penalty voor het celrendement, terwijl we gebruikmaken van standaardproductietechnologieën. Dit biedt een snelle route naar productie.”
Verdere ontwikkeling kopermetallisatieproces
TNO werkt verder aan het verbeteren van het kopermetallisatieproces, het ontwikkelen van hieraan aangepaste geavanceerde zonnepaneel-technologie en het testen van de langetermijnbetrouwbaarheid van de geproduceerde zonnepanelen. Omdat de nieuwe methode gebruikmaakt van de bestaande produktietechnologie van zeefdrukken is het relatief eenvoudig te implementeren in de industrie. Samen met partners zoals MCPV wordt gewerkt aan een snelle en duurzame toepassing in de industrie.
Ondersteuning en samenwerking onderzoek naar koper in zonnepanelen
Deze resultaten zijn behaald met steun van het SusCon-project, ondersteund door TKI Urban Energy, onderdeel van de Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI’s) van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat, en SolarNL, gefinancierd door het Nationaal Groeifonds. Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met MCPV en met een bedrijf dat metallisatiepasta’s ontwikkelt.
