Kristallijne perovskietcellen zijn de sleutel tot geavanceerde dunnefilmzonnecellen. Hoewel ze in het laboratorium al een zeer hoge efficiëntie bereiken, commerciële toepassingen worden gehinderd door het feit dat het materiaal te instabiel is. Verder, er is geen betrouwbaar industrieel productieproces voor perovskieten. In een nieuwe studie gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters , natuurkundigen van de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) presenteren een aanpak die dit probleem zou kunnen oplossen. Ze beschrijven ook in detail hoe perovskieten ontstaan ​​en vergaan. De resultaten kunnen in de toekomst helpen om hoogwaardige zonnecellen te produceren.

In 2009, onderzoekers konden eerst aantonen dat organisch-anorganische verbindingen met een speciale perovskiet-kristalstructuur goede absorbers zijn die zonlicht effectief kunnen omzetten in elektriciteit. Binnen slechts enkele jaren, het rendement van perovskiet-zonnecellen werd in het laboratorium verhoogd tot ruim 20 procent.

"Hoewel moderne, monokristallijn silicium zonnecellen halen iets betere waarden, ze zijn veel moeilijker te vervaardigen, en ze zijn al veel langer in ontwikkeling, " zegt Dr. Paul Pistor, een fysicus bij MLU en hoofdauteur van de studie. Momenteel, echter, er zijn geen marktklare op perovskiet gebaseerde zonnecellen omdat er geen vaststaand proces is voor de grootschalige productie van perovskieten. In aanvulling, de dunne kristallagen zijn instabiel en gevoelig voor omgevingsinvloeden. "Hoge temperaturen of vochtigheid zorgen ervoor dat de perovskieten uiteenvallen en hun vermogen verliezen om zonlicht om te zetten in elektriciteit, ", zegt Pistor. Toch moeten zonnecellen bestand zijn tegen hoge temperaturen omdat ze permanent aan de zon worden blootgesteld.

In hun studie hebben de fysici uit Halle onderzochten een bijzondere, anorganisch perovskiet bestaande uit cesium, lood en broom of jodium. In plaats van de gebruikelijke natte chemische processen te gebruiken om de perovskieten te produceren, ze gebruikten een proces dat al veel wordt gebruikt in de industrie om dunne lagen en een reeks componenten te produceren. In een vacuümkamer, voorlopermaterialen worden verwarmd totdat ze verdampen. Vervolgens condenseert het perovskiet op een kouder glassubstraat en groeit er een dunne kristallijne laag.

“Het voordeel van deze methode is dat elk onderdeel van het proces heel goed te controleren is. de lagen groeien zeer homogeen, en de dikte en samenstelling van de kristallen kan eenvoudig worden aangepast, " legt Pistor uit. Zijn team was dus in staat om perovskietlagen te produceren op basis van cesium die niet uiteenviel totdat ze temperaturen van 360 graden Celsius bereikten. Met behulp van geavanceerde röntgenanalyse, de onderzoekers analyseerden ook de groei- en vervalprocessen van de kristallen in realtime.

De resultaten bieden belangrijke inzichten in de onderliggende eigenschappen van perovskieten en wijzen op een proces dat mogelijk geschikt is voor de industriële realisatie van moderne op perovskiet gebaseerde zonneceltechnologie.