Tijdelijke vloeistof maakt perovskiet-zonnecellen efficiënter én duurzamer

In dit artikel:

Onderzoekers van UC San Diego, Princeton University en de Zuid-Koreaanse Sungkyunkwan University hebben een productiemethode ontwikkeld die een belangrijk probleem van perovskiet-zonnecellen kan aanpakken. Hun resultaten verschenen in het tijdschrift Science.

Perovskiet wordt als goedkoop en efficiënt alternatief voor silicium gezien, maar de vele kleine kristallen in een perovskietlaag veroorzaken defecten. Die verstoren het transport van elektrische lading en verminderen zowel het rendement als de stabiliteit. De onderzoekers voegden daarom zinkbromide en methylammoniumchloride toe aan de vloeibare productiemix. Bij verhitting vormen deze stoffen tijdelijk een mengsel met een laag smeltpunt. Daardoor kunnen de kristallen zich herschikken en groter, gelijkmatiger en met minder zwakke plekken groeien.

Tijdens een volgende verhittingsfase verdampt het methylammoniumchloride en blijft zink achter bij de kristalgrenzen. Daar neutraliseert het defecten die normaal energieverlies veroorzaken. Met röntgenmetingen volgden de onderzoekers hoe het materiaal tijdelijk vloeistofachtig werd en daarna opnieuw kristalliseerde, zonder een aangepaste procestemperatuur.

De methode leverde zonnecellen en leds op met rendementen van ongeveer 24 tot 26 procent. De zonnecellen behielden na acht weken onafgebroken werking onder gesimuleerd zonlicht het grootste deel van hun oorspronkelijke rendement. Dat wijst op geringe interne verliezen en een verbeterde stabiliteit.

De aanpak kan vooral helpen bij de productie van grotere perovskietlagen, omdat de kristalkwaliteit daar moeilijk gelijkmatig te houden is. Commerciële toepassing is echter nog onzeker: de laboratoriumtest van acht weken zegt weinig over tientallen jaren blootstelling aan vocht en temperatuurschommelingen, en de werking op grote panelen moet nog worden aangetoond. Mogelijk kan de techniek ook worden gebruikt in tandemzonnecellen waarin perovskiet en silicium samenwerken.