Visionair Scenario PV Nanotechnologie & PV : een toekomstvisie Jean V. Manca Universiteit Hasselt-IMEC./IMOMEC jean manca@uhasselt be
[email protected] 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=1012 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/m2 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 h t hectare
PV is een oplossing •Zonne-energie : hoogste energie-opbrengst per h t 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 g p volume ; 2 drijfkrachten j : – ‘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
Co ost/Wp [$/W]
100
10
1
0.1 10
100
1000
10000
Accumulated production [MW]
100000
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, THINNER, BETTER CHEAPER & Different
1e generatie PV : silicium wafer-gebaseerde wafer gebaseerde technologie
2e generatie PV : dunne films op ander substraat, vb. polykristallijn silicium op glas 3e generatie PV : dunne-film energie-conversie
PV generaties THINNER BETTER, THINNER, BETTER CHEAPER & Different
1e generatie PV : silicium wafer-gebaseerde wafer gebaseerde technologie
2e generatie PV : dunne films op ander substraat, vb. polykristallijn silicium op glas 3e generatie PV : dunne-film energie-conversie – – – – –
Organische zonnecellen Grätzel zonnecellen Hybride zonnecellen CIGS …
Nanotechnologie: Nano-PV voor Mega-Watts g
Organische halfgeleiders •Geconjugeerde polymeren
Nobel Chemie 2000
Organische zonnecellen
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
Grätzel-zonnecel
•Artificiële fotosynthese y
Nanocrystalline TiO2 Film : 10-20 μm Deeltjes : 10-30 nm
Grätzel-zonnecel
Hybride zonnecellen Hybrid organic organic::inorganic BHJ Metal oxide (ZnO (ZnO)) nano 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 E di preparatie ti 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. (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. (vb indoor) Minder afhankelijk van invalshoek licht
Neubers/Konarka
Nano-PV : voordelen & toekomst Semi-transparant Semi transparant : BIPV •Nieuwe esthetische mogelijkheden & design-vrijheid Design-vrijheid : kleur & vormen S it Semi-transparent t : integratie i t ti in i glas l
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 : ¾ Increase of efficiency ¾ Robust production process ¾ Increase of lifetime
NREL
Neubers/Konarka
Nano-PV : The road ahead… PV-challenges : ¾ Increase of efficiency ¾ Robust production process ¾ Increase of lifetime
“Ruimte is energie” g “Solar Highway”
Nano-PV : The road ahead… PV-challenges : ¾ Increase of efficiency ¾ Robust production process ¾ Increase of lifetime
“Ruimte is energie” g Estethische BIPV : “Solar buildings”/ “Solar Cities”
Buitenschil constructie : bescherming + energie
Scenario 2020 Source: The McKinsey Quarterly, the economics of solar power, power june 2008
Scenario 2020
Suri et al., Solar Energy 81 (2007) 1295-1305 760 kWh/kWp p
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
