Onderzoekers hebben een stap gezet in de richting van het maken van zonnecellen uit loodvrije perovskieten. Hoogwaardige films op basis van dubbele perovskieten, die veelbelovende fotovoltaïsche eigenschappen vertonen, zijn ontwikkeld in samenwerking tussen Linköping University, Zweden, en Nanyang Technological University in Singapore.

Onderzoeksgroepen over de hele wereld onderzoeken het potentieel van perovskieten als een van de meest veelbelovende materialen voor de ontwikkeling van goedkope, milieuvriendelijke en efficiënte zonnecellen. In slechts een paar jaar tijd, de efficiëntie van de stroomconversie is gestegen van enkele procenten tot meer dan 22 procent. De perovskieten die momenteel beschikbaar zijn voor gebruik in zonnecellen, echter, lood bevatten, en Feng Gao, hoofddocent bij LiU, werd in het najaar van 2017 aangesteld als Wallenberg Academy Fellow om loodvrije dubbele perovskieten te ontwikkelen, waarin een eenwaardig metaal en een driewaardig metaal het tweewaardige lood vervangen.

In het laboratorium van de afdeling Biomoleculaire en Organische Elektronica, LiU, postdoc-onderzoekers Weihua Ning en Feng Wang hebben met succes enkellaagse dunne films vervaardigd van dicht opeengepakte kristallen van dubbele perovskieten. De films zijn van extreem hoge kwaliteit en kunnen worden gebruikt als actieve laag in zonnecellen, waarin zonlicht wordt geabsorbeerd en ladingsdragers worden gecreëerd.

"Onze collega's van de Nanyang Technological University in Singapore hebben aangetoond dat de ladingsdragers lange diffusielengtes in het materiaal vertonen, die nodig is om het materiaal geschikt te maken voor toepassing in zonnecellen, ' zegt Feng Gao.

De energieconversie-efficiëntie van de zonnecellen is nog steeds laag - slechts ongeveer 1 procent van de energie in zonlicht wordt omgezet in elektriciteit - maar Feng Gao of Weihua Ning maken zich geen zorgen. "We hebben de eerste grote stap gezet en een methode ontwikkeld om de actieve laag te vervaardigen. We hebben verschillende goede ideeën om de efficiëntie in de nabije toekomst te verhogen, ' zegt Feng Gao.

Onderzoekers hebben berekend dat meer dan 4, 000 verschillende combinaties van materialen kunnen dubbele perovskieten vormen. Ze zullen ook theoretische berekeningen gebruiken om de combinaties te identificeren die het meest geschikt zijn voor gebruik in zonnecellen. Deze doorbraak voor onderzoek naar dubbele perovskieten is ook het resultaat van de gezamenlijke Ph.D. programma in materiaal- en nanowetenschap / technologie aan de Linköping University en de Nanyang Technological University.

"Deze publicatie is een spin-off van de discussies over het gezamenlijke PhD-programma tussen NTU-LiU. Twee PhD-studenten, een aan elke kant, zijn aangetrokken om aan dit project te werken. Dit is een uitstekende start voor het programma, " zegt professor Tze Chien Sum van NTU.

“We vullen elkaar goed aan, de groep onder leiding van professor Sum in NTU zijn experts in fotofysica en wij zijn experts in materiaalkunde en apparaatfysica, ' zegt Feng Gao.

Tre resultaten worden gepubliceerd in Geavanceerde materialen .