GESCHIEDENIS VAN DE ZONNECEL 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%. *) Het
1
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.
GESCHIEDENIS VAN DE ZONNECEL 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 VAN DE ZONNECEL 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%.
GESCHIEDENIS VAN DE ZONNECEL 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)Se2 (CIGS), GaAs, amorf Si, etc.
rendement (%)
•
30
wafer kristallijn-Si cellen
25
dunne-film CIGS cellen
20
dunne-film CdTe cellen dunne-film amorf-Si cellen (stabiel) kristallijn-Si modules
15 10
GIGS modules
5
amorf-Si modules (stabiel)
jaar
4
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
1960
1955
0
GESCHIEDENIS VAN DE ZONNECEL soorten en maten kleurstofmodule keuze
polymere cel
Mali
ECN a-Si
Tibet
Mayersloot 5
CIGS
jaar
•
• •
•
•
6
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
overige Europa Japan VS totaal
1978
400 350 300 250 200 150 100 50 0
1976
moduleproductie (MWp)
GESCHIEDENIS VAN DE ZONNECEL groei naar volwassenheid
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 57% 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%.
