Gespannen zonnecellen

/p>

Wie anno 2012 niet tenminste één apparaat of woning laat draaien op zonne-energie, kan zich niet meer vertonen. Je mobieltje met zonnecellader, de lantaren in de tuin, of misschien zelfs panelen op je dak; eigenlijk ontkom je er niet meer aan. Al zou je soms wel willen, want de meest gebruikte zonnecellen zijn weliswaar betaalbaar, maar brengen binnen een paar jaar al minder tot geen energie meer op. En niemand weet hoe dat komt.

Toen was daar het bachelor-eindproject van 3mE-studenten Floris Achterberg (23), Robert ten Broek (25), Floris Brands (24) en Joost Geraedts (28). De opdracht: ‘Solar panels forever’. Tja, dat kun je ruim invullen. Achterberg: “Wij besloten te kijken naar dunne-film-zonnecellen. Die zijn flexibel, goedkoop en breed toepasbaar. Ze hebben alleen één probleem: ze moeten lang meegaan om financieel rendabel te zijn, maar in de praktijk gaan ze vaak binnen zes jaar al kapot. Niemand weet waardoor dat komt.” Wat men wel weet, is dat de binding tussen de laagjes waaruit die zonnecel bestaat kapot gaat. “Misschien komt er teveel spanning op, dachten wij, want die dingen worden vaak gemonteerd in aluminium frames. Dat zou een elektrisch spanningveld kunnen veroorzaken.”

Het was een wilde gok, dus fundamenteel onderzoek was gewenst. De vier studenten besloten zonnecellen te simuleren die zes jaar buiten zijn gebruikt – op het dak van een woning bijvoorbeeld. “Het zou namelijk zomaar kunnen dat in die zes jaar een chemische reactie plaatsvindt, waardoor de cel opeens uit heel andere stoffen bestaat. Dat konden we met behulp van röntgendiffractie bekijken.”

Ze bouwden hun eigen meetopstelling. “Lastig, want hij moest temperaturen weerstaan tussen de 185 en 400 graden, en hij mocht geen spanning geleiden”, vertelt Achterberg. Daarin ontdekten ze iets opmerkelijks: dunne-film-zonnecellen dragen al spanning bij zich zodra ze in de fabriek van de band rollen, waarschijnlijk doordat ze bij hoge temperatuur gefabriceerd worden. Tel daarbij op dat de ene laag bij warmte meer uitzet dan de andere, en je hebt dé ingrediënten voor de gevreesde ‘delaminatie’, waarbij de lagen loslaten.

“Dat was nooit eerder aangetoond”, zegt Achterberg trots. Niet dat het ze een vermelding in Science oplevert, daarvoor was het onderzoek niet volledig genoeg. “Maar het is goed voor de duurzaamheid van de zonnecel”, aldus de student. “Nu we weten waardóór hij kapot gaat, kunnen we hem verbeteren.”

Onderzoek: ‘Mechanische spanningen in dunne-film-zonnecellen bij degradatie’

Eindcijfer: 7