Onderzoekers van de TU in Eindhoven hebben ontdekt dat een beschermend laagje van fluoride zonnecellen van perovskiet een stuk stabieler maakt.
De zonnecellen behouden negentig procent van hun rendement na duizend uur onder extreme licht- en hittecondities
Perovskiet is een aantrekkelijk materiaal voor zonnecellen. Het is goedkoop, gemakkelijk te maken en bijna net zo rendabel als silicium, de gangbare grondstof in zonnecellen.
Maar er zijn ook nadelen: perovskiet degradeert snel, wat nadelig is voor het rendement en de stabiliteit van de zonnecellen. Onderzoekers van de Technische Universiteit in Eindhoven, de Universiteit Twente en Peking University hebben ontdekt dat door een beschermend laagje van fluoride op het perovskiet aan te brengen de zonnecellen aanzienlijk stabieler worden.
Na duizend uur onder extreme testomstandigheden behouden de zonnecellen negentig procent van hun rendement.
Degradatie
Omdat zonnecellen van perovskiet zo goedkoop te maken zijn, wordt er de laatste jaren veel onderzoek naar gedaan. Hun rendement is dan ook flink gestegen, van minder dan 4 procent in 2009 tot ruim 24 procent op dit moment. Dat is bijna net zoveel als traditionele siliciumcellen. Met tandemcellen, een combinatie van silicium en perovskiet, is zelfs een rendement van meer dan 28 procent behaald.
Ondanks dit succes hebben perovskietcellen een aantal nadelen als gevolg van de aard van het materiaal en de manier waarop ze gemaakt worden. Op den duur zorgen leemtes in de atomaire structuur van de metaalhalide (de zogenaamde ‘vacatures’) ervoor dat het materiaal onder de invloed van vocht, licht en hitte degradeert.
Beschermend laagje
De onderzoekers in Eindhoven, Twente en Beijing hebben geëxperimenteerd met een nieuw soort perovskiet, door een kleine hoeveelheid fluoride toe te voegen aan het productieproces. Net zoals bij fluoride in tandpasta, vormen de fluoride-ionen een beschermend laagje rond het kristal, waardoor zich geen schadelijke fouten kunnen verspreiden in het materiaal.
Licht- en hittecondities
“Ons werk heeft de stabiliteit van de perovskietcellen aanzienlijk verbeterd”, zegt Shuxia Tao, onderzoeksleider vanuit de TU/e. “Onze zonnecellen behouden negentig procent van hun rendement na duizend uur onder extreme licht- en hittecondities. Dat is vele keren langer dan traditionele perovskietverbindingen. We hebben bovendien een rendement behaald van 21,3 procent. Dat is een prima startpunt voor verdere verbeteringen.”
Verder onderzoek
De studie wordt gezien als een belangrijke stap op weg naar het succesvolle toepassing van perovskietzonnecellen in de toekomst. Maar er is nog veel werk te doen. De gouden standaard in de zonne-energie-industrie gaat uit van een rendementbehoud van ten minste 85 percent na tien à vijftien jaar, en daar voldoen de perovskietcellen nog niet aan.
Bron: TUE
