Visionair Scenario PV Nanotechnologie &PV:een toekomstvisie Jean V. Manca Universiteit Hasselt-IMEC./IMOMEC jean.manca@uhasselt.be Heusden-Zolder, 11 mei 2012
De toekomst van zonnecellen De Tera-Watt uitdaging De zon is een oplossing Nanotechnologie & PV THINNER, BETTER, CHEAPER & Different Scenario 2020
De Tera-Watt (TW=10 12 W) uitdaging Globaal energie verbruik : 15 TW (2050 : 30 TW)
De zon is een oplossing www.3e.be
Fotovoltaïsche energie (PV) = Omzetting van licht-energie in elektriciteit Piekvermogen zonlicht : 1000 W/m 2 Si : Eg = 1.1 ev ; >90% PV markt Efficiëntie commerciële Si-zonnecel : 10-20%
PV is een oplossing California: 1m²=1 vat/jaar België: 2m² 1.5% van Europa = globale elektriciteitsvraag (η=12%)
PV is een oplossing Zonne-energie : hoogste energie-opbrengst per hectare
PV is een oplossing Zonne-energie : hoogste energie-opbrengst per hectare Maar Hoogste kostprijs! =>voor TW-uitdaging lagere kostprijs PV
PV-kosten: leercurve Kost van PV daalt met 20% bij verdubbeling van wereldwijd geaccumuleerd geproduceerd volume ; 2 drijfkrachten : Scale learning Technology learning : nieuwe (nano)technologie leidt tot versnelling leercurve Kost van PV gelijk aan energie-generatie met fossiele brandstoffen bij een geproduceerd volume > 100 GW 100 W] Co ost/wp [$/ 10 1 0.1 10 100 1000 10000 100000 Accumulated production [MW]
Nanotechnologie & PV Nanotechnologie Multidisciplinaire wetenschap op zeer kleine schaal (1 nanometer = 10-9 m)
Nanotechnologie & PV Nanotechnologie Multidisciplinaire wetenschap op zeer kleine schaal (1 nanometer = 10-9 m) Nieuwe Materialen Niet-conventionele halfgeleiders : Halfgeleidende polymeren, oligomeren, C60-derivaten, koolstof nanobuizen, metaaloxide nanodeeltjes,. Nieuwe Concepten 3D nanogestructureerde heterojunctie zonnecellen
Nanotechnologie & PV Nanotechnologie Multidisciplinaire wetenschap op zeer kleine schaal (1 nanometer = 10-9 m) Nieuwe Materialen Niet-conventionele halfgeleiders : Halfgeleidende polymeren, oligomeren, C60-derivaten, koolstof nanobuizen, metaaloxide nanodeeltjes,. Nieuwe Concepten 3D nanogestructureerde heterojunctie zonnecellen
PV generaties THINNER, BETTER, CHEAPER & Different 1 e generatie PV : silicium wafer-gebaseerde technologie 2 e generatie PV : dunne films op ander substraat, vb. polykristallijn silicium op glas 3 e generatie PV : dunne-film energie-conversie
PV generaties THINNER, BETTER, CHEAPER & Different 1 e generatie PV : silicium wafer-gebaseerde technologie 2 e generatie PV : dunne films op ander substraat, vb. polykristallijn silicium op glas 3 e generatie PV : dunne-film energie-conversie Organische zonnecellen Grätzel zonnecellen Hybride zonnecellen CIGS Nanotechnologie: Nano-PV voor Mega-Watts
Organische halfgeleiders Geconjugeerde polymeren Nobel Chemie 2000
Dikte : 100 nm => 1000X dunner dan Si Organische zonnecellen
Dikte : 100 nm => 1000X dunner dan Si Organische zonnecellen
Dikte : 100 nm => 1000X dunner dan Si Organische zonnecellen
With courtesy of Konarka Organische zonnecellen
Grätzel-zonnecel Artificiële fotosynthese Nanocrystalline TiO 2 Film : 10-20 μm Deeltjes : 10-30 nm
Grätzel-zonnecel
Hybride zonnecellen Hybrid organic:inorganic inorganic BHJ Metal oxide (ZnO ZnO) nano-columns + P3HT ZnO L. Baeten, B. Conings et al., Adv.Mater, Volume: 23 Issue: 25 Pages: 2802 (2011) η= 0,75%
Nano-PV : voordelen & toekomst Printbaar Printbare PV Screen printing Spraycoating Inkjet printing
Nano-PV : voordelen & toekomst Low cost Large area Lage kost & grote oppervlakken (outdoor) Eenvoudige preparatie lage T opdamping of printing
Nano-PV : voordelen & toekomst Indoor & Mobile applications Laag gewicht : o.a. mobiele toepassingen plastic substraten < 1 micron totale dikte van device Breed toepassingsgebied Werkt ook onder lage lichtintensiteit (vb. indoor) Minder afhankelijk van invalshoek licht
Nano-PV : voordelen & toekomst Indoor & Mobile applications Laag gewicht : o.a. mobiele toepassingen plastic substraten < 1 micron totale dikte van device Breed toepassingsgebied Werkt ook onder lage lichtintensiteit (vb. indoor) Minder afhankelijk van invalshoek licht Neubers/Konarka
Nano-PV : voordelen & toekomst Semi-transparant :BIPV Nieuwe esthetische mogelijkheden & design-vrijheid Design-vrijheid : kleur & vormen Semi-transparent t : integratie ti in glas
Nano-PV : voordelen & toekomst Flexibele zonnecellen Nieuwe esthetische mogelijkheden & design-vrijheid Flexibel (vb. integratie in textiel)
Nano-PV & PV generaties
Nano-PV : The road ahead PV-challenges : Increase of efficiency Robust production process Increase of lifetime NREL Neubers/Konarka
Solar Highway Nano-PV : The road ahead PV-challenges : Increase of efficiency Robust production process Increase of lifetime Ruimte is energie
Nano-PV : The road ahead PV-challenges : Increase of efficiency Robust production process Increase of lifetime Ruimte is energie Estethische BIPV : Solar buildings / Solar Cities Buitenschil constructie : bescherming + energie
Scenario 2020 Source: The McKinsey Quarterly, the economics of solar power, june 2008
Scenario 2020 Suri et al., Solar Energy 81 (2007) 1295-1305 760 kwh/kwp 850 kwh/kwp 1510 kwh/kwp
Project ORGANEXT (EMR. INT4-1.2.-2009-04/054) Selected in the frame of the Operational Program INTERREG IV-A Euregio Meuse-Rhine
Join us towards an intelligent and sustainable future