De Groningse wetenschapper Kees Hummelen is een van de pioniers op het gebied van de organische zonnecel, een goedkoper en slanker alternatief voor de dikke zonnepanelen zoals we die kennen. Na 22 jaar onderzoek is zijn ‘kindje’ bijna klaar voor de commerciële markt.

Het begon allemaal in 1995, toen Hummelen op 39-jarige leeftijd in een lab in Californië als postdoc zocht naar een nieuwe aidsremmer, en daarbij per ongeluk stuitte op een product dat later de sleutel bleek voor de ontwikkeling van de plastic zonnecellen.

“We hadden een vergadering waarbij scheikundigen en natuurkundigen bij elkaar kwamen”, vertelt de onderzoeker vanachter zijn bureau op de Zernike Campus. “Die natuurkundigen zeiden: “We hebben een nieuw soort zonnecel ontdekt, maar er is één probleem: het werkt niet.” Dat wil zeggen, ze zochten een mengsel van polymeer (verbindingen die uit een hele reeks van dezelfde moleculen bestaan, red.) met C60.

Wat is C60? Fullerenen zijn moleculen die volledig uit koolstofatomen bestaan en de vorm hebben van een bal. Deze sferische structuur bestaat uit zeshoeken en vijfhoeken. De kleinste bal is C60. Dit molecuul bestaat uit zestig koolstof atomen en lijkt daarmee precies op een voetbal. C60 wordt ook wel Buckminster Fullereen genoemd, vernoemd naar Richard Buckminster Fuller, de uitvinder van de geodetische koepel.

Maar die C60 wil niet mengen, dus dat was een probleem. Toen duurde het een halve seconde en heb ik m’n hand omhoog gedaan, en zei: “Daar heb ik wel wat voor. Ik heb een stofje, PCBM, dat maak ik om een heel andere reden. Maar dat is een mooi oplosbaar en mengbaar fullereen derivaat, dus gebruik dat maar.” En dat was ‘m. Dat was het begin van alles.”

Hoe werkt een plastic zonnecel?

Organische zonnecellen – ook wel plastic zonnecellen genoemd – bestaan uit een lichtabsorberend polymeer dat positieve lading kan geleiden en fullerenen die elektronen accepteren en vervolgens geleiden. De zonnecel werkt als volgt: een polymeer absorbeert zonlicht. Door de energie van het licht kan een elektron van het polymeer naar een hoger energieniveau springen. Als er een goed elektronaccepterend fullereen in de buurt is kan die elektron hiernaar overspringen.

Er blijft nu een positieve lading over op het polymeer, terwijl het fullereen een negatieve lading heeft. Als er nanobuisjes op het materiaal zijn aangesloten – die fungeren als superkleine elektriciteitsdraadjes – kan de positieve lading naar de ene elektrode reizen terwijl de negatieve lading naar de andere elektrode kan reizen. En zo wordt stroom opgewekt.

Grote voordeel van plastic zonnecellen is dat ze goedkoop zijn om te maken, en dat het materiaal dun en flexibel is. Een laag van een organische cel is zelfs duizend keer dunner dan die van een silicium zonnecel. Maar het rendement is wel een probleem. Dat stijgt niet snel genoeg. Om plastic zonnecellen commercieel interessant te maken moet de cel ook buiten het lab 10 procent rendement halen. En dat is nog steeds niet het geval.

©PXimport

‘En nu komt het’, zegt de chemicus. ‘We zijn nu 22 jaar verder. En wat is er gebeurd in de siliciumwereld? Een totale, ongelooflijke, schitterende revolutie als het gaat om de prijsontwikkeling. Ik zou wel gek zijn als ik niet zou kijken of mijn stof daar niet iets goeds kan doen.’

Hummelen vergelijkt het met de ontwikkeling van computerprocessoren. Gordon Moore voorspelde vijftig jaar geleden dat de snelheid van de chips in onze computers zich steeds zou blijven verdubbelen. En dat tegen dezelfde kosten. Eenzelfde ‘wet’ geldt ook voor de silicium zonnecellen, denkt Hummelen, maar dan op het gebied van de prijs.

“Twee jaar geleden kwam uit de siliciumindustrie een rapport dat zei: over tien jaar kost wat we nu doen de helft van het geld. Het is nu dus twee jaar later, en we zijn er ongeveer. Supergoed! Als er nu collega’s zijn die zeggen: “Ik werk aan een nieuw type zonnecel en die wordt aanzienlijk goedkoper dan silicium, en daarmee gaan we ervoor zorgen dat zonnepanelen betaalbaar worden.” Dan zeg ik: Bullshit, het is nu al ongelooflijk betaalbaar, en het gaat met zo’n noodgang dat over tien jaar de wereld er weer heel anders uitziet.”

En daar komt nog bij dat het rendementsrecord van de silicium zonnecellen, met 26 procent, dat van de plastic modellen doet verbleken. Plastic kan gewoon nog niet tegen silicium op.

Perovskiet

Dat betekent niet dat de medeontdekker van de plastic zonnecel niet meer achter zijn ‘kindje’ staat. Er is nog steeds een belangrijke rol voor plastic weggelegd in de toekomst, denkt hij. Maar het betekent wél dat Hummelen en zijn team breder onderzoek zijn gaan doen. Hij moet ook wel, want de handel in PCBM neemt af, geeft de onderzoeker toe, omdat wetenschappers nu massaal achter een ander materiaal aanrennen.

‘Dus we kijken naar de ontwikkeling van de organische zonnecel, maar we kijken ook naar de ontwikkeling van dat nieuwe materiaal: perovskiet’, vertelt hij.

Het is de nieuwe heilige graal in het zonnecellenonderzoek, en werd in 2013 door vooraanstaand wetenschapstijdschrift Science al betiteld als doorbraak. Het is spotgoedkoop, eenvoudig te maken, absorbeert veel zonlicht en geleidt bijzonder goed. Daarnaast is het dun, gemakkelijk te printen en is te combineren met de populaire en commercieel veel interessantere silicium zonnecellen.

Perovskiet is een klasse van materialen die dezelfde kristalstructuur hebben als calcium-titanium-oxide (CaTiO3). Het werd begin 19e eeuw ontdekt door de Russische mineraloog Lev Perovski, maar pas in 2009 door Japanners voor het eerst toegepast in een zonnecel. Toen werd al een efficiëntie van 3 procent gehaald. Inmiddels staat het record op 24 procent. “Het is een hype”, constateert Hummelen.

Alternatieven

Zijn collega Maria Antonietta Loi, hoogleraar fotofysica en opto-elektronica in Groningen, richt sinds vier jaar veel van haar onderzoek op de nieuwe technologie. Het gaat silicium niet vervangen, denkt ze. “Als je dacht dat de auto-industrie conservatief was, de halfgeleiderindustrie is nog veel erger”, zei ze eerder in een interview.

“We kijken daarom naar een combinatie van beide, perovskiet en silicium”, vertelt Hummelen. “Stel, je kunt een goedkoop laagje perovskiet boven op het silicium leggen. Dan kun je het rendement behoorlijk omhoog tillen, zonder dat het veel meer kost.” De efficiëntie gaat dan misschien wel naar 35 procent, denkt Loi.

Perovskiet zonnecellen zijn gemaakt van een mix van organische moleculen en anorganische elementen die samen licht omzetten in elektriciteit. “Ze zijn hybride”, zegt Hummelen. “En in die perovskieten zonnecel zit meestal ook een organische laag als geleider. En by the way, daar is PCBM weer heel erg goed in. Is dat niet leuk?”

Maar perovskiet heeft ook nadelen. Het is bijvoorbeeld nogal gevoelig voor vocht, waardoor het rendement in de buitenlucht snel afneemt. Daarnaast bestaat het vaak uit een verbinding van onder meer ammoniak, jood en lood. En dit laatste is zeer giftig. Daarom wordt aan de Rijksuniversiteit Groningen ook geëxperimenteerd met alternatieven voor lood, zoals tin en bismut.

Zonne-energie heeft de toekomst, maar er staan dus nog genoeg uitdagingen voor de deur. Daarover lees je spoedig meer in een aankomend artikel.

FRITZ! heeft de Mesh Set 1700 uitgebracht, een nieuwe wifi 7-oplossing die je gewoon in het stopcontact prikt. De compacte set bestaat uit kleine repeaters die samen één groot draadloos netwerk vormen, bedoeld om in elke hoek van het huis snel en stabiel internet te bieden.

De set draait om de vernieuwde FRITZ!Repeater 1200 AX, nu uitgerust met wifi 7 en goed voor snelheden tot 3.600 Mbit/s op de 2,4- en 5GHz-banden – een toename van ongeveer 600 Mbit/s ten opzichte van het vorige model. Dankzij multigigabit-wifi kunnen meer apparaten tegelijk verbonden zijn zonder dat de snelheid merkbaar daalt. De nieuwe wifi 7-functie Multi-Link Operation maakt het mogelijk om data gelijktijdig via beide frequentiebanden te versturen, wat de stabiliteit verder verbetert. Voor vaste apparaten is er bovendien een gigabitpoort aanwezig.

Omdat de repeaters direct in het stopcontact worden gestoken, nemen ze nauwelijks ruimte in en zijn ze eenvoudig te installeren. Gebruikers kunnen kiezen voor een set met twee of drie repeaters, afhankelijk van de grootte van de woning. De FRITZ!Mesh Set 1700 werkt het best samen met een FRITZ!Box, maar kan ook worden gekoppeld aan routers van andere merken. In dat geval fungeert de eerste repeater als centrale wifi-regelaar.

Goed om te weten: alle FRITZ!Box-routers en repeaters worden in Europa geproduceerd, krijgen vijf jaar garantie krijgen en ontvangen gratis beveiligings- en functie-updates.

Beschikbaarheid

De FRITZ!Mesh Set 1700 is per direct verkrijgbaar als set van twee of drie repeaters. De afzonderlijke repeater is ook los te koop onder de naam FRITZ!Repeater 1700.

Je klikt op een link die eruitziet alsof hij van je bank komt. Een paar minuten later blijkt je laptop besmet of je gegevens liggen op straat. Je denkt misschien: dat overkomt mij niet, maar: het kan ook jou overkomen. Echt. Online veiligheid is dus geen luxe, maar noodzaak. Gelukkig hoeft dat geen dure investering te zijn. Via Cashback XL krijg je nu een groot deel van je aankoopbedrag terug op de beveiligingspakketten van Bitdefender.

Bitdefender biedt betrouwbare bescherming tegen de digitale gevaren van alledag: phishing, ransomware, spyware en datalekken. Bitdefender Total Security beveiligt meerdere apparaten tegelijk, van laptop tot smartphone. Wie meer privacy wil, kiest voor Bitdefender Premium Security met onbeperkt VPN-verkeer en anti-trackingfuncties. En voor wie niets aan het toeval wil overlaten, is er Bitdefender Ultimate Security – compleet met identiteitsbescherming, darkwebmonitoring en persoonlijk veiligheidsadvies.

Zoek je een eenvoudiger pakket, dan is Bitdefender Antivirus Plus een goede basis voor Windows. Daarnaast zijn er losse tools zoals Bitdefender Premium VPN, waarmee je internetverkeer volledig versleuteld wordt, en Bitdefender SecurePass, dat al je wachtwoorden veilig opslaat en automatisch invult.

Of je nu ondernemer bent, overstapt van een ander merk of al jaren Bitdefender gebruikt: de cashbackactie via Cashback XL geldt voor iedereen. Nieuwe klanten krijgen 40% van hun aankoopbedrag terug, zakelijke gebruikers zelfs 50%. En ben je een bestaande klant? Dan is er goed nieuws. Waar je bij veel andere aanbieders buiten de boot valt, krijg je bij Bitdefender via Cashback XL alsnog 10% van je aankoopbedrag teruggestort op je rekening.

Denk je nu: dat wil ik? Dan is dit hét moment. Want met de Bitdefender-actie op CashbackXL krijg je maar liefst maximaal 50% van je aankoopbedrag teruggestort op je rekening!

Zo werkt de Bitdefender-cashback

Ga op CashbackXL naar de Bitdefender-actie en klik linksboven op Shop & ontvang cashback. Voeg pas daarna de producten die je wilt aanschaffen toe aan de winkelwagen; dat is enorm belangrijk voor de tracking. Controleer dat alle cookies zijn toegestaan (ook bij de webshop waar je winkelt) en dat je geen ad-blocker gebruikt. Voer daarna je betaling uit. De cashback wordt binnen enkele uren bevestigd en staat na ongeveer twee maanden klaar voor uitbetaling. Houd er rekening mee dat het dus eventjes duurt voordat je het geld terugkrijgt. Belangrijk om te weten: je ontvangt cashback over de orderwaarde excl. btw, verzendkosten en eventuele toeslagen. En uiteraard krijg je alleen cashback op betaalde producten van Bitdefender – maar dat is logisch natuurlijk!