Plastic zonnecel komt er aan

Een iPod opladen op het strand? Met plastic zonnecellen wordt dat mogelijk. Jan Gilot ontwikkelde een techniek waarmee zulke cellen snel kunnen worden gemaakt.

Lange vellen rollen uit ronkende drukpersen. Ze zijn van flexibel plastic, rood en blauw gekleurd, vederlicht en net iets dikker dan papier. Het zijn niet de kranten van het jaar 2050, maar rijen kleine lichtgewicht plastic zonnecellen.

Voor chemicus Jan Gilot is dit de toekomst. Hij promoveerde deze maand aan de Technische Universiteit Eindhoven op zijn werk aan polymere tandemzonnecellen. Dit zijn plastic zonnecellen met meerdere licht absorberende laagjes. Om de verschillende lagen op elkaar te krijgen, ontwikkelde Gilot een techniek die de productietijd van zo’n plastic zonnecel terugbracht van acht uur naar iets meer dan een uur.

Bovendien maakt de techniek het mogelijk om zonnecellen massaal te printen op de manier waarop kranten nu gedrukt worden. Zijn onderzoek is een volgende stap in de richting van het grootschalig gebruik van plastic zonnecellen voor duurzame energiewinning.

Plastic zonnecellen zijn nu nog niet commercieel aantrekkelijk vanwege hun lage rendement. Het rendement van een zonnecel is het percentage van de energie dat omgezet wordt in elektriciteit. Met hun 7,5 procent leggen de plastic cellen het af tegen de 25 procent van conventionele silicium zonnepanelen.

Conventionele panelen zijn groot, gemakkelijk te beschadigen en duur. „Sommige mensen vinden windmolens in het landschap niet mooi”, legt Gilot uit. „Dezelfde opvattingen zijn er ook over de grote silicium zonnecellen. Dat probleem van horizonvervuiling voorkom je met plastic zonnecellen.

„Het zijn flexibele folies met daarop zonnecellen. Die plak je op je dakpannen en dan valt het niet op dat je zonnepanelen gebruikt. Je kunt ze aansluiten op het elektriciteitsnet, maar ook los daarvan gebruiken, bijvoorbeeld tijdens het kamperen. Zo zou je een deel van je tent ermee kunnen bedekken zodat je energie hebt voor het opladen van je telefoon of je laptop.”

De zonnecellen die Gilot in zijn lab in Eindhoven laat zien, zijn niet geplakt op dakpannen of tenten, maar op kleine vierkante glasplaatjes. „Je kunt er geen iPod mee afspelen”, lacht hij. Vier kleine aluminium vlakjes op zo’n glasplaatje zijn de elektroden, de plekken waar de opgewekte elektriciteit wordt afgetapt en gemeten. „Het grootste vlakje op deze zonnecellen is 1 vierkante centimeter en de opbrengst is dan zo’n 5 milliwatt. Daar kan je een rekenmachine op laten werken.”

Door meerdere lagen licht absorberend materiaal te gebruiken, wekken de cellen meer stroom op dan zonnecellen met maar één laag. Met zijn dubbellaags tandemcel behaalt Gilot een rendement van 4,9 procent.

Dat is nog niet zoveel als een enkellaags zonnecel, maar door meerdere lagen te gebruiken moet het mogelijk zijn dat rendement te verhogen. Makkelijk is dat nog niet. Gilot: „Drie lagen op elkaar plakken lukt nog wel, maar die tandemcel werkt nog niet optimaal. Voor meer dan drie lagen bestaat het licht absorberende materiaal nog niet.”

Flexibele, lichte zonnecellen met een hoger rendement zijn een gat in de markt. Ze kunnen bestaande toepassingen van bijvoorbeeld zonnecellen op kledingstukken realistischer maken. Tot nu toe zijn bikini’s of jassen met zonnepanelen vooral een gimmick. Tandemzonnecellen maken het straks mogelijk om op het strand je iPod op zonlicht te laten werken of om in de jungle een telefoon op te laden.

Maar de werkelijke kracht van Gilots onderzoek zit in de snelheid waarmee hij de tandemzonnecellen produceert. In 20 minuten kan hij in principe een glasplaatje bedekken met zeven lagen licht absorberend plastic én de metalen tussenlagen die nodig zijn voor het doorgeven van de elektriciteit.

Het plaatsen van de tussenlagen gebeurt tot nu toe door het neerslaan van verdampt metaal onder een vacuüm. Dit ingewikkelde proces duurt een uur per laag. In plaats hiervan gebruikt Gilot vloeistoffen waarin de polymeren en metalen zijn opgelost. Na het aanbrengen op een glasplaatje verdampen die vloeistoffen en blijft er een laagje plastic of metaal over. Zo kan hij redelijk snel, laag voor laag de zonnecel opbouwen.

„Deze simpele methode zorgt ervoor dat je deze zonnecellen kunt gaan printen als kranten”, vertelt Gilot. Alleen het plaatsen van de aluminium elektroden die de elektriciteit moeten doorgeven, duurt een uur. Maar daar „wordt aan gewerkt”.

Het Amerikaanse bedrijf Konarka, dat plastic zonnecellen maakt, loopt vooruit op de mogelijkheden van deze techniek. Konarka kocht in 2008 een oude Polaroid-fabriek op. De drukpersen die vroeger gebruikt werden voor het maken van filmrollen, wil het bedrijf gebruiken voor de massaproductie van enkellaags zonnecellen.

De productiesnelheid is de belangrijkste factor voor het commerciële succes van plastic zonnecellen. Gilot: „Waarschijnlijk zullen plastic zonnecellen in de praktijk nooit 25 procent rendement halen. Maar de voordelen wegen daar tegenop: je kunt ze snel en goedkoop produceren. Als onze fossiele brandstoffen op zijn, moet er op zeer korte termijn een alternatieve manier zijn om aan veel energie te komen.

„Als je hiervoor conventionele silicium zonnecellen wilt gebruiken, moeten die snel op grote schaal beschikbaar zijn. Om te voldoen aan de energiebehoefte van de wereld zou je een veld van zonnecellen moeten neerzetten met een oppervlakte zo groot als Spanje.

„Als je dat zou doen met de huidige zonnecellen zou je, tegen de tijd dat je de laatste zonnecel plaatst, de eerste moeten vervangen. Die cellen hebben een levensduur van zo’n 25 tot 30 jaar. Hun plastic tegenhangers gaan vijf tot tien jaar mee, maar die zou je kunnen maken met de snelheid waarmee we kranten drukken en dat is een groot voordeel.”

Het rendement van plastic zonnecellen is nu nog te laag en de materialen die nodig zijn, worden alleen nog in laboratoria gemaakt. Dat moet snel veranderen. Volgens Gilot moeten plastic zonnecellen binnen vijf jaar beschikbaar zijn voor de consument. „Anders wordt de technologie voorbijgestreefd door bijvoorbeeld flexibele zonnecelen gemaakt van silicium. Daar wordt op dit moment ook onderzoek naar gedaan.”