Zachte en flexibele materialen, halide-perovskieten genaamd, kunnen zonnecellen efficiënter maken tegen aanzienlijk lagere kosten. maar ze zijn te onstabiel om te gebruiken.

Een door Purdue University geleid onderzoeksteam heeft een manier gevonden om halide-perovskieten stabiel genoeg te maken door de ionenbeweging te remmen waardoor ze snel worden afgebroken. het ontsluiten van hun gebruik voor zonnepanelen en elektronische apparaten.

De ontdekking betekent ook dat halide-perovskieten op elkaar kunnen stapelen om heterostructuren te vormen waarmee een apparaat meer functies zou kunnen vervullen.

De resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op woensdag (29 april). Andere samenwerkende universiteiten zijn de Shanghai Tech University, het Massachusetts Institute of Technology, de Universiteit van Californië, Berkeley, en het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie.

Onderzoekers hebben al gezien dat zonnecellen gemaakt van perovskieten in het laboratorium net zo goed presteren als de zonnecellen op de markt gemaakt van silicium. Perovskieten hebben het potentieel om nog efficiënter te zijn dan silicium omdat er minder energie wordt verspild bij het omzetten van zonne-energie in elektriciteit.

En omdat perovskieten vanuit een oplossing tot een dunne film kunnen worden verwerkt, als inkt gedrukt op papier, ze zouden goedkoper kunnen worden geproduceerd in grotere hoeveelheden in vergelijking met silicium.

"Er is 60 jaar een gezamenlijke inspanning geweest om goede siliciumapparaten te maken. Er is misschien maar 10 jaar gezamenlijke inspanning geweest voor perovskieten en ze zijn al zo goed als silicium, maar ze duren niet, " zei Letian Dou (lah-TIENER deeg), een Purdue-assistent-professor chemische technologie.

Een perovskiet bestaat uit componenten die een ingenieur individueel op nanometerschaal kan vervangen om de eigenschappen van het materiaal af te stemmen. Door meerdere perovskieten in een zonnecel of geïntegreerde schakeling op te nemen, zou het apparaat verschillende functies kunnen vervullen, maar perovskieten zijn te onstabiel om op elkaar te stapelen.

Dou's team ontdekte dat simpelweg het toevoegen van een stijve, omvangrijke molecuul, genaamd bithiofenylethylammonium, naar het oppervlak van een perovskiet stabiliseert de beweging van ionen, voorkomen dat chemische bindingen gemakkelijk breken. De onderzoekers toonden ook aan dat het toevoegen van dit molecuul een perovskiet stabiel genoeg maakt om schone atomaire verbindingen met andere perovskieten te vormen, zodat ze kunnen stapelen en integreren.

"Als een ingenieur de beste delen over perovskiet A wilde combineren met de beste delen over perovskiet B, dat kan meestal niet gebeuren omdat de perovskieten zich gewoon zouden vermengen, " zei Brett Savoie (SAHV-oy), een Purdue-assistent-professor chemische technologie, die simulaties uitvoerde die uitlegden wat de experimenten op chemisch niveau aan het licht brachten.

"In dit geval, je kunt echt het beste van A en B in één materiaal krijgen. Dat is totaal ongehoord."

Het omvangrijke molecuul zorgt ervoor dat een perovskiet stabiel blijft, zelfs bij verhitting tot 100 graden Celsius. Zonnecellen en elektronische apparaten hebben hoge temperaturen van 50-80 graden Celsius nodig om te kunnen werken.

Deze bevindingen betekenen ook dat het mogelijk zou kunnen zijn om perovskieten in computerchips op te nemen, aldus de onderzoekers. Kleine schakelaars in computerchips, transistoren genoemd, vertrouwen op kleine knooppunten om elektrische stroom te regelen. Een patroon van perovskieten zou de chip in staat kunnen stellen meer functies uit te voeren dan met slechts één materiaal.