Onderzoek naar het gebruik van perovskietmaterialen als zonnecellen heeft de laatste jaren een enorme vlucht genomen, volgende rapporten van hoge energieomzettingsrendementen, die zijn blijven stijgen. Nieuw onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Materialen vandaag laat zien hoe de levensduur van deze zonnecellen kan worden verlengd.

Ondanks de intense interesse in de materialen voor zonne-energietoepassingen, "het verbeteren van de stabiliteit van perovskiet-zonnecellen is een uitdagende taak, " legt dr. Chang Kook Hong uit, Corresponderende auteur, van Chonnam National University in Zuid-Korea.

Perovskiet is de algemene term voor elk mineraal dat dezelfde kristalstructuur heeft als een bepaalde vorm van calciumtitaniumoxide, voor het eerst opgegraven in het Oeralgebergte van Rusland in 1839 en vernoemd naar de Russische mineraloog L.A. Perovski. De unieke structuur van perovskieten kan worden aangepast voor bepaalde eigenschappen door de verschillende kationen en anionen waaruit ze zijn gevormd te veranderen. Fundamenteel, de structuur heeft de algemene chemische formule ABX3 waarbij de 'A' en de 'B' staan ​​voor positief geladen metaalionen, kationen, die heel verschillend van grootte zijn, en de 'X' is een negatief geladen anion dat zich bindt aan beide metaalkationen die ze in het kristal met elkaar verbinden.

Perovskieten kunnen zeer goedkoop in het laboratorium worden gesynthetiseerd en worden gevormd tot dunne films die in zonnecellen kunnen worden verwerkt. Kationen hoeven geen metaalionen te zijn, maar kan elk positief geladen ion zijn, zoals het ammoniumion of een organisch ion; op voorwaarde dat A en B verschillende groottes hebben en een geschikt negatief ion wordt gebruikt, zullen ze de perovskietstructuur geven.

Dr. Hong en collega's hebben een methode ontwikkeld die bekend staat als co-precipitatie om een ​​dunne film te maken die nanoporeus nikkeloxide bevat als de gatentransporterende laag (HTL) voor een perovskietzonnecel die de unieke samenstelling van FAPbI3 en of MAPbBr3 als de perovskietlaag gebruikt . Gaten zijn het positieve equivalent van negatieve elektronen in discussies over elektrochemie. FAPbI3 is formamidiniumloodjodide en MAPbBr3 is methylammoniumloodbromide. In aanvulling, ze gebruikten een organische luchtstabiele anorganische zinkoxide-nanodeeltjesverbinding als de ETL (elektronentransporterende laag) om de perovskietlaag tegen lucht te beschermen.

"We hebben met succes de op metaaloxide gebaseerde HTL- en ETL-beschermlagen geoptimaliseerd voor een zeer efficiënte perovskietabsorbeerder door een eenvoudige methode die luchtstabiele fotovoltaïsche energie kan maken, " legt co-auteur Dr. Sawanta Mali uit. "Ons hoofddoel is het oplossen van het probleem van het moeizame proces van het maken van conventionele, met additieven gedoteerde, zeer duur, onstabiele HTL's door goedkope, anorganische luchtstabiele p- en n-type metaaloxiden, "Dr. Mali voegde eraan toe.

Voorlopige tests van de bekwaamheid van hun apparaat met behulp van deze perovskieten-apparaatarchitectuur onthulden een 19,10 procent (±1 procent) stroomconversie-efficiëntie. De stroomdichtheid van het apparaat was bijna 23 milliampère per vierkante centimeter en het kon 1.076 Volt genereren. belangrijk, het apparaat zou ongeveer vijf maanden viervijfde van dit niveau van efficiëntie kunnen volhouden.

Het team suggereert dat hun aanpak de weg kan leiden naar zeer efficiënte en luchtstabiele perovskiet-zonnecellen. "Deze techniek is beperkt tot laboratoriumschaal, grootschalige fabricage moet echter ook mogelijk zijn met deze apparaatarchitectuur, " zei dr. Hong.