Thin film panelen zijn zonnepanelen die in plaats van uit relatief dikke plakken silicon (mono of polykristallijn) uit een zeer dunne laag van fotovoltaisch materiaal bestaat. Deze laag kan zijn opgedampt of aangebracht op een flexibele ondergrond van metaal of plastic, maar ook gewoon op glas. Een andere naam is amorfe panelen, ze kenmerken zich door het ontbreken van zichtbare losse cellen.
Het is schokkend om te zien hoe thin film zonnepanelen in de markt worden gepositioneerd. U zult er misschien wel eens naar gevraagd hebben en dan het antwoord gekregen hebben dat ze "minder opleveren" of in kleine aantallen niet te bestellen zijn. Thin film panelen leveren minder op per m2, maar je betaalt per Wattpiek, dus een prijs gerelateerd aan de opbrengst, en die is lager. Per Euro brengen Thin film panelen dus meer op! Die 20% extra ruimte heeft u vast wel op uw dak. De gangbare Thin film panelen leveren bovendien meer op per Wp, dwz ze halen meer uit het licht dat beschikbaar is omdat ze beter getuned zijn (zie hier onder). Bovendien komen ze sneller op gang en kunnen ze beter tegen de zomerhitte. Enfin, tot zover de plug 😉
Een voorbeeld van een bandgap analyse voor een fotovoltaisch mengsel (bron)
Het fotovoltaische proces
Zonnepanelen die licht omzetten in electriciteit zijn er in vele soorten en maten, de kern van het fotovoltaische proces bestaat uit het afvangen van electronen die door fotonen in een hogere band werden gestoten. Dit lukt als men een combinatie van stoffen kan maken waardoor electronen die vrijkomen maar een kant op kunnen, zogenaamde halfgeleiders (die men ook in LEDs, transistors en diodes vindt). Elk materiaal heeft een zn. bandgap, koolstof, ijzer, etc, die ons vertelt welke fotonen het beste werkt. Bijna elk materiaal dat licht absorbeert vertoond electronen in een hogere band.
Ja het is simpel
Organic die solar cells maken gebruik van organische moleculen, vaak kleurstoffen, die ook een band gap hebben. Je kunt organische zonnecellen maken van hybiscus thee. Ook industriele verfstoffen kunnen goed werken, er is een studie gedaan die aantoonde dat met drie van deze verfstoffen een zeer efficente cel te maken zou zijn. Het voordeel van organische cellen is dat het een eenvoudig laminaat van electrodes betreft, te maken bij lage temperatuur.
Ja, het wordt al gedaan
Bovenstaande thin film is de standaard, gebruik makend van Koper, Indium, Gallium, Selenium (CIGS) of zonder Gallium (CIS). Het recept is simpel, Koper heeft een bandgap die niet optimaal is, deze wordt door bijmenging van Indium, Selenium en Gallium getuned. Dit betekent dat zonlicht met belpaalde kleuren effectiever is in het vrijmaken van electronen. Thin Film panelen, organisch of anorganisch, hebben dan ook een ander spectrum dan standaard monocristallijen panelen.
Een voorbeeld van hoe met Gallium en Indium de spectrale gevoeligheid van cellen kan worden gevarieerd. Hier voor een Indium Gallium Nitride cell (weer een variant).
"The low bandgap of indium nitride suggests that by simply varying proportions of indium and gallium, it may be possible to create rugged, inexpensive devices that can convert the full spectrum of sunlight to electric current. If so, these could be the most efficient solar cells ever created." (bron 2002)
Eindeloze vertraging
Thin film is een no brainer. Niet een enkel product maar vele varianten van toepassing zijn denkbaar. De gebruikte materialen zijn niet duur of schaars te noemen, de energie nodig voor productie is minder dan met silicon panelen (Solar frontier panelen verdienen zich energetisch terug in 1 jaar). Ze zijn ook lichter wat scheelt bij het vervoer. Deze energie zuinigheid is een ‘probleem’, want we leven in een carbon/credit economie, er moeten ALTIJD fossiele ZOVEEL MOGELIJK fossiele brandstoffen verbruikt worden, dan valt er het meest te verdienen voor het banksysteem en de energie leveranciers. Dit noem ik het carbon/credit systeem.
De financieringswereld heeft een fundemantele voorkeur voor de koolstof economie, en daarom wordt er vaak erg moeilijk gedaan over no brainer alternatieven. Het is te duur, niet volwassen, riskant etc. etc. Om ons een beetje bezig te houden worden uitvingeingen regelmatig heruitgevonden, nu weer de ijzersulfaat cel, al in 1984 ontdekt:
"The abundant, naturally occurring natural compound pyrite (FeS2) can be used as a semiconducting material for photoelectrochemical and photovoltaic solar cells. Unlike most of the intensively studied photoactive materials, pyrite solar cell production would never be limited by the availability of the elements or by their compatibility with the environment. An energy gap of 0.95 eV has been determined for pyrite, and it is noted that the theoretical efficiency limit for solar energy conversion in this material is of the order of 15-20 percent." (bron 1984)
Als dat toen al bekend was, dan kan er geen patent op worden geregeld, en kunnen banken het niet als reden aangrijpen om hoopvol te investeren. Dus moet de vinding worden aangepast, en moet de potentie van pyriet worden bijgesteld!
"The down side of trying to use pyrite, an iron sulfide compound (FeS2) is that it doesn’t effectively convert the solar energy into electricity. " (bron 2011)
Pffew…hoe scheppen we de mythe dat pyriet toch niet zo’n goed idee is?
"The research team determined that pyrite decomposes when subjected to the amount of heat required to create solar cells. Its ability to produce electricity is thus compromised. "
Ja, lees het goed. Bedoelen ze dat ze pyriet verhit hebben tot de temperatuur waarbij silicon smelt? Waarom? De vraag is alleen : Hoe maak ik met pyriet een zonnecel.
Oled scherm? Oled zonnecel
Alternatieven
De dunne film techniek staat de toepassing van een variatie aan materialen toe, van biologisch, metalen tot zelfs plastic, een oled scherm is een diode/halfgeleider en wekt ook stroom op. Koolstof zonnecellen worden ook al ontwikkeld. Koolstof is zwart omdat het een breed spectrum van licht absorbeert. Met een molecuul van koolstof en stikstof blijkt een zeer duurzaam type cel te fabriceren.
"Carbon-based solar cells, a promising candidate, will most likely replace silicon in the future as a dominant product in the photovoltaic market."
(bron 2002)
Thin Film leveranciers
Konarka
Kornaka maakt een flexibel paneel met 6% rendement. Het bedrijf maakt allemaal kleine toepassingen, terwijl de kracht ligt bij het maken van vele vierkante meters recht toe recht aan fotovoltaische capaciteit. Deze man legt ook uit hoe de achtekant van zilver is, een arbitraire keuze voor een metaal met lage weerstand. Vaak wordt om die reden gezegd dat zilver essentieel is voor solar, maar dat is niet het geval, koper werkt net zo goed.
Solar Cells Croatia
Solar Cells Croatia fabriceert de traditionele amorphous silicon panelen. Deze worden al decennia gefabriceert, zijn dus goedkoper maar krijgen ten onrechte een slechte beoordeling. Andere producenten van deze standaard voor thin film is General Electric.
First Solar
First solar maakt een nieuwere generatie thin film panelen, en ook star (op metaal or glas) en flexibel. Een van de voordelen van grote thin film modules is dat het output voltage hoger ligt (kan 100 volt zijn), waardoor het verlies voor de inverter lager is. First Solar maakt ook piepkleine flexibele panelen.
Nano Solar
Nano Solar produceert thin film panelen op metaal, glas en flim. Het proces omvat het aanbrengen van een nanodeeltjes mengsel op dezelfde wijze als met drukwerk.
"Nanosolar nanoparticles shown to the right are 20 nanometers in size, equivalent to 200 atoms in diameter. We have developed a proprietary ink formula and techniques for fabricating our nanoparticles that are non-agglomerating and that produce high-quality coatings."
Uni Solar
Uni Solar produceert flexibiele aSi (amorphous silicon) rollen die als dakbedekking kunnen dienen. Deze worden zo stevig uitgevoerd dat je er over kunt lopen. De prijs is nog veel te hoog als je overweegt welke materialen er gebruikt worden. Hun Powertilt product is een voorbeeld van plastic gelamineerd silicon op metaal, iets dat iedereen in zijn garage kan doen, en ondergetekende ook gedaan geeft. Veel meer producenten zouden deze productie methode moeten gebruiken (ipv glas/aluframe).
Solar Frontier
Solar Frontier is een bedrijf opgezet door Shell en Aramco met fabrieken in Japan en Saudi Arabie. Ze produceren CIS thin film panelen. Deze zijn wat prijs betreft nog redelijk te vergelijken met normale panelen, maar ze zijn energie zuiniger in de productie en leveren zoals gezegd significant meer kWh/kWp.
Heliosphera aSi
Heliosphera maakt ook amorfe panelen, de fabriek staat in Griekenland, een betere plek is nauwelijks denkbaar.
Kaneka
Kaneka Solar produceert een hybride thin film paneel. Hierdoor is de opbrengst hoger.Kaneka wijst er op dat omdat de panelen lager bij het dak of de grond kunnen worden gemonteerd licht uit een wijdere hoek kunnen benutten zonder verlies, waardoor de installaties beter tegen storm bestand zijn.
Solar Thin Films
Men kan als men dat wil ook een complete aSi thin film fabriek bestellen, bijvoorbeeld bij Solar Thin Film, een bedrijf uit Budapest. Dit bedrijf heeft sinds 2010 niet zoveel meer gedaan, dus wellicht had het alleen de patenten in beheer en was het niet echt de bedoeling dat er ook iets wordt geleverd of geproduceert.