de vroege dagen 1839 Edmond Becquerel ontdekt dat metaalplaatjes in een geleidende vloeistof onder belichting een spanning en een stroom leveren: het fotovoltaïsch (PV) effect. Comptes Rendues 6 (1839) 561 1877 Adams en Day ontdekken het PV-effect in vast selenium. 1883 De uitvinder Charles Fritts maakt de eerste echte zonnecellen, gemaakt van plakjes selenium met een dun laagje goud en beschrijft hun enorme mogelijkheden als energiebron. Er bestaat nog geen theorie om het PV-effect te verklaren. 1904 Einstein publiceert zijn historische artikel over het foto-elektrisch effect (een foton kan een elektron losmaken), een belangrijke basis voor het begrip van zonnecellen. 1916 Millikan levert experimenteel bewijs voor Einstein s theorie. 1921 Einstein ontvangt de Nobelprijs voor zijn theorie uit 1904. 1930-1955 Onderzoek aan cellen op basis van onder meer koperoxide, cadmiumsulfide en loodsulfide. Het rendement *) is 0,1-0,5%. 1 *) Het rendement is de verhouding tussen de geleverde elektrische energie (eigenlijk: vermogen) en de ontvangen energie in de vorm van opvallend zonlicht, meestal gemeten onder standaard condities.
de technologische doorbraak 1941 Ohl (Bell Labs) ontdekt bij toeval dat het PV-effect ook in silicium kan optreden, wanneer dat materiaal voldoende zuiver is. Het gaat om een p-n overgang die is ingegroeid tijdens het kristallisatieproces. 1952 Kingsbury en Ohl (Bell Labs) maken een primitieve p-n overgang (het hart van de zonnecel) door silicium met helium te bombarderen. Het rendement van deze cellen is minder dan 1%. 1954 Chapin, Fuller en Pearson (Bell Labs) bereiken een doorbraak met siliciumcellen door op gecontroleerde wijze met fosfor een ondiepe p-n overgang te maken. De cellen halen 6% rendement. (vlnr) Pearson, Chapin en Fuller meten een van hun zonnecellen. Uit: From space to earth, J. Perlin, 1999. 2
GESCHIEDENIS de eerste toepassingen 3 1955 National Fabricated Products (NatFab) koopt een licentie van Western Electric (een dochter van Bell) voor de productie van silicium zonnecellen. 1956 Hoffman Electronics koopt NatFab en start productie en marketing van producten op zonne-energie. Commercieel wordt het een fiasco, omdat de elektriciteit nog veel te duur is. 1958 De Vanguard I is de eerste satelliet met zonnecellen (van Hoffman) als energiebron. De cellen werken prima en zijn daarna niet meer weg te denken uit de ruimtevaart. Het rendement is zo n 12%.
verbeteren en verbreden Pril enthousiasme voor zonnecellen (1956) Uit: Een kwestie van lange adem, G. Verbong e.a., 2001 1955-1980 Silicium zonnecellen worden technisch steeds beter en bereiken een rendement van ruim 17%. Er wordt ook een scala aan andere soorten (vooral dunne-film) zonnecellen onderzocht en ontwikkeld: InP, CdTe, Cu(In,Ga)Se 2 (CIGS), GaAs, amorf Si, etc. rendement (%) 30 25 20 15 10 5 0 wafer kristallijn-si cellen dunne-film CIGS cellen dunne-film CdTe cellen dunne-film amorf-si cellen (stabiel) kristallijn-si modules GIGS modules 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 amorf-si modules (stabiel) jaar 4
keuze GESCHIEDENIS soorten en maten kleurstofmodule polymere cel Mali ECN a-si Tibet Mayersloot 5 CIGS
groei naar volwassenheid moduleproductie (MWp) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 jaar 1990 1992 1994 1996 1998 2000 overige Europa Japan VS totaal Bron: P.D. Maycock (febr. 2002) 1980 - heden De markt voor zonnecellen groeit met gemiddeld 20-25% per jaar. Wanneer deze groei zich doorzet, kan rond het midden van deze eeuw 1 tot 10% van de wereld-energiebehoefte met zonnecellen worden gedekt. 1980 - heden De prijs van complete systemen daalt gestaag met zo n 5-7% per jaar. 1980 - heden Zonnecellen worden zeer geavanceerde en soms complexe elementen. Het rendement van sommige (Si, GaAs) ligt al dicht bij het theoretisch maximum voor deze materialen. 1990 - heden Een compleet nieuwe familie van zonnecellen doet zijn intrede in het lab: de organische cellen. De gereedschapskist voor de 21ste eeuw is goed gevuld. 2000 - heden De zonnecelwereld gaat de horizon verkennen op zoek naar de absolute grenzen: supercellen met een theoretisch rendement tot 85%. 6