Een groep scheikundigen van de Kaunas University of Technology in Litouwen, de ontwikkelaars van talloze baanbrekende innovaties op het gebied van zonne-energie, stelde nog een andere oplossing voor om de stabiliteit en prestaties van perovskiet-zonne-elementen te verbeteren. Ze synthetiseerden een nieuwe klasse van op carbazool gebaseerde vernetbare materialen, die bestand zijn tegen verschillende omgevingseffecten, waaronder sterke oplosmiddelen die worden gebruikt bij de productie van zonnecellen.

Wanneer toegepast als gatentransporterende lagen, hielpen de nieuwe materialen bij de eerste poging de 16,9% efficiëntie van de perovskietcellen met omgekeerde architectuur te bereiken. Verwacht wordt dat het een hogere efficiëntie zal bereiken na optimalisatie.

Nieuwe materialen thermisch gepolymeriseerd om weerstand te bieden

Organisch-anorganische hybride perovskiet-zonnecellen hebben wereldwijd de aandacht getrokken als een concurrerend alternatief voor conventionele op silicium gebaseerde zonnetechnologieën. Ze zijn goedkoper, flexibeler en hebben een hogere energieconversie-efficiëntie. Wetenschappers over de hele wereld werken aan het oplossen van uitdagingen die verband houden met het verbeteren van de stabiliteit en andere kenmerken van de perovskiet-zonne-elementen. Deze gelaagde zonnecellen van de nieuwe generatie kunnen twee architectonische structuren hebben:gewone (n-i-p) en omgekeerde (p-i-n) structuren. In de laatste worden de gatentransporterende materialen afgezet onder de perovskietabsorberende laag.

"Hoewel p-i-n-cellen tal van voordelen hebben in vergelijking met de perovskiet-zonnecellen van de reguliere architectuur, hebben ze ernstige tekortkomingen. De gattransporterende verbindingen moeten bijvoorbeeld bestand zijn tegen de sterke polaire oplosmiddelen die worden gebruikt om de lichtabsorberende perovskietlaag te vormen, wat hierboven geplaatst", legt professor Vytautas Getautis uit, hoofdonderzoeker aan de KTU-faculteit Chemische Technologie.

Om dit probleem op te lossen, worden in p-i-n-architecturen vaak polymeren gebruikt als materialen voor het transporteren van gaten. Vanwege oplosbaarheidsproblemen is een polymeerlaag echter niet gemakkelijk te vormen; bovendien is het moeilijk om de herhaling van reacties te beheersen en dezelfde structuur te synthetiseren. Om dit probleem op te lossen, maakten KTU-onderzoekers een gatentransporterende laag van op carbazool gebaseerde moleculen, die vervolgens in situ thermisch werd gepolymeriseerd om een ​​verknopend effect te bereiken.

"Het verknoopte polymeer heeft een driedimensionale structuur. Het is zeer goed bestand tegen verschillende effecten, waaronder de sterke oplosmiddelen die worden gebruikt bij het vormen van een lichtabsorberende perovskietlaag. We gebruikten verschillende groepen moleculen en ontwikkelden materialen die, hoewel gebruikt als een laag die gaten transporteert, kan de efficiëntie van een omgekeerde perovskiet-zonnecel tot bijna 17 procent verbeteren", zegt een Ph.D. student Šarūnė Daškevičiūtė-Gegužienė, die deze verbindingen synthetiseerde.

De hierboven beschreven uitvinding werd vermeld als een omslagartikel in Chemical Communications .

Recordbrekende tandem zonnecel

De onderzoeksgroep onder leiding van prof. Getautis heeft tal van baanbrekende uitvindingen ontwikkeld, gericht op het verbeteren van de efficiëntie van zonnecellen. Onder hen zijn gesynthetiseerde verbindingen, die zichzelf assembleren tot een molecuuldunne laag die fungeert als een gatentransporterend materiaal. De siliconen-perovskiet tandem zonne-energie geproduceerd met behulp van de genoemde materialen bereikte een efficiëntie van meer dan 29 procent. Volgens prof. Getautis wordt de laatste tandemcombinatie binnenkort het commercieel beschikbare alternatief voor op siliconen gebaseerde zonnecellen - efficiënter en goedkoper.

"Ons onderzoeksgebied is gericht op het verbeteren van de bestaande technologieën voor perovskiet-zonne-elementen en op dit gebied hebben we de beste resultaten bereikt met de zelfassemblerende monolaagtechnologie. Wetenschap wordt echter vaak in meerdere richtingen ontwikkeld, omdat we moeten onderzoeken manieren om zonne-energie zo goed mogelijk te gebruiken", zegt prof. Getautis.

Hoewel perovskietcellen nieuw zijn in vergelijking met op siliconen gebaseerde zonnetechnologieën, zijn er verschillende bedrijven die al verschillende producten op de markt hebben gebracht op basis van perovskiettechnologie. Onder hen zijn flexibele semi-transparante interieurelementen, draagbare elektronica om de populatie wilde dieren te beheersen en verschillende architecturale oplossingen. En dit is nog maar het begin.

Volgens prof. Getautis heeft zonne-energie van alle hernieuwbare energiebronnen het grootste potentieel en wordt het het minst benut. Dankzij het nieuwe onderzoek ontwikkelt dit veld zich echter exponentieel. Naar schatting zal in 2050 ongeveer de helft van de elektriciteit die op aarde wordt gebruikt, worden opgewekt uit zonne-energie.

"Zonne-energie is volledig groen - het is vrij van vervuiling en de geïnstalleerde zonneparken hebben niet veel onderhoud nodig. Rekening houdend met de huidige gebeurtenissen en de energiecrisis, zijn steeds meer mensen geïnteresseerd in het installeren van zonne-energiecentrales in hun huizen of een deel van een zonnepark verschuldigd is. Het is een toekomst van energie", is prof. Getautis ervan overtuigd. + Verder verkennen

Grote sprong voorwaarts voor stabiele perovskietzonnecellen met hoog rendement