Lab boekt grote vooruitgang in stabiliteit perovskiet zonnecellen

AmsterdamEen studie van de Rice University heeft een betere methode ontwikkeld om perovskiet zonnecellen stabieler te maken. Deze zonnecellen maken gebruik van formamidinium loodjodide (FAPbI3) kristallen, die hun efficiëntie verhogen. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science. De onderzoekers hebben ontdekt hoe ze deze kristallen kunnen omzetten in stabiele, hoogwaardige films die in zonnepanelen kunnen worden gebruikt.

Belangrijkste bevindingen uit het onderzoek:

• Verbeterde stabiliteit van FAPbI3-zonnecellen, waarbij de efficiëntie met minder dan 3% afneemt over 1.000 uur bij 85 graden Celsius.
• Ontwikkeling van vier verschillende 2D-perovskieten als sjablonen.
• Betere kwaliteit en efficiëntie van FAPbI3-films die getemplate zijn met 2D-kristallen.
• Stabiliteit van zonnecellen met 2D-sjablonen verder verbeterd met een inkapselingslaag.

De ingenieur van Rice, Aditya Mohite, leidde het team en beschreef de ontwikkeling als een grote vooruitgang. De 2D perovskieten helpen bij het stabiliseren van het FAPbI3-materiaal. Deze 2D perovskieten verbeteren ook de vorming en kwaliteit van de FAPbI3-kristallen. Bovendien zijn de zonnecellen nu beter bestand tegen schade in de loop der tijd.

Isaac Metcalf, een afgestudeerde student en de hoofdauteur, legde uit dat perovskietkristallen zowel chemisch als structureel afbreken. FAPbI3 is structureel minder stabiel, terwijl 2D-perovskieten in beide opzichten stabieler zijn. Door 2D-perovskieten te gebruiken als gids, blijft FAPbI3 stabiel en efficiënt.

Het onderzoeksteam testte vier verschillende soorten 2D-perovskieten. Twee daarvan hadden een oppervlaktestructuur die leek op FAPbI3. Deze goed passende 2D-kristallen maakten het voor FAPbI3 gemakkelijker om hoogwaardige films te vormen. De films vertoonden minder interne wanorde en reageerden beter op licht, wat resulteerde in een hogere efficiëntie.

Door gebruik te maken van 2D-sjablonen gingen zonnepanelen langer mee en functioneerden ze beter. Zonder deze sjablonen gingen de cellen na twee dagen kapot. Met de sjablonen hielden ze het meer dan 20 dagen vol zonder problemen. Het toevoegen van een beschermende laag maakte ze nog stabieler.

Lees ook:

Vandaag · 11:00

Is de Melkweg een zeldzame kosmische schat?

Deze verbeteringen kunnen de productiekosten van zonnepalen verlagen en zorgen voor lichtere en flexibelere ontwerpen. In tegenstelling tot traditionele zonnepanelen die van silicium zijn gemaakt, kunnen perovskietfilms bij lage temperaturen worden verwerkt. Hierdoor kunnen zonnepanelen op plastic of flexibele oppervlakken worden gemaakt, wat nog meer kosten kan besparen.

Silicium is het meest gebruikte materiaal voor zonnecellen, maar de productie ervan vergt veel hulpbronnen. Perovskieten daarentegen hebben hun efficiëntie verbeterd van 3,9% in 2009 tot meer dan 26% vandaag de dag. Het produceren van hoogkwalitatieve perovskiet zonnecellen is goedkoper en vergt minder energie dan siliciumcellen.

Overschakelen op schone energie is van groot belang. Volgens de VN is zonne-energie een uitstekende optie ter vervanging van fossiele brandstoffen. Betere zonne-energietechnologie is nodig om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen tegen 2030. Het is ook cruciaal om tegen 2050 nul koolstofemissies te bereiken.

Hoofdingenieur Aditya Mohite benadrukt het grote belang van zonne-energie. Vooruitgang in zonnepanelen zal afhankelijk zijn van milieuvriendelijke elektriciteitsbronnen. Dit zal ook andere sectoren zoals de chemische industrie ten goede komen.

Dit onderzoek werd mogelijk gemaakt door verschillende financieringsbronnen, waaronder het Amerikaanse Ministerie van Energie en de Nationale Wetenschapsstichting. Wetenschappers van diverse instellingen uit de VS en andere landen werkten gezamenlijk aan deze studie. Hun gezamenlijke inspanningen waren essentieel voor de behaalde vooruitgang.

Deze ontdekking brengt ons dichter bij het op de markt brengen van perovskiet zonnecellen.