Nieuwe volledig anorganische perovskiet-zonnecellen pakken drie belangrijke uitdagingen in zonneceltechnologie aan:efficiëntie, stabiliteit, en kosten.

Energie van de zon benutten, die enorm krachtige energie uitstraalt vanuit het centrum van het zonnestelsel, is een van de speerpunten voor het realiseren van een duurzame energievoorziening.

Lichtenergie kan direct worden omgezet in elektriciteit met behulp van elektrische apparaten die zonnecellen worden genoemd. Daten, de meeste zonnecellen zijn gemaakt van silicium, een materiaal dat heel goed licht kan absorberen. Maar siliciumpanelen zijn duur om te produceren.

Wetenschappers werken aan een alternatief, gemaakt van perovskietstructuren. Echte perovskiet, een mineraal gevonden in de aarde, bestaat uit calcium, titanium en zuurstof in een specifieke moleculaire rangschikking. Materialen met dezelfde kristalstructuur worden perovskietstructuren genoemd.

Perovskietstructuren werken goed als de actieve laag voor het oogsten van licht van een zonnecel omdat ze licht efficiënt absorberen, maar veel goedkoper zijn dan silicium. Ze kunnen ook met relatief eenvoudige apparatuur in apparaten worden geïntegreerd. Bijvoorbeeld, ze kunnen worden opgelost in oplosmiddel en direct op de ondergrond worden gespoten.

Materialen gemaakt van perovskietstructuren kunnen mogelijk een revolutie teweegbrengen in zonnecelapparaten, maar ze hebben een groot nadeel:ze zijn vaak erg onstabiel, verslechteren bij blootstelling aan hitte. Dit heeft hun commerciële potentieel belemmerd.

De Unit Energy Materials and Surface Sciences van de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), onder leiding van prof. Yabing Qi, heeft apparaten ontwikkeld met behulp van een nieuw perovskietmateriaal dat stabiel is, efficiënt en relatief goedkoop te produceren, de weg vrijmaakt voor hun gebruik in de zonnecellen van morgen. Hun werk is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde energiematerialen . Postdoctorale wetenschappers Dr. Jia Liang en Dr. Zonghao Liu hebben belangrijke bijdragen geleverd aan dit werk.

Dit materiaal heeft een aantal belangrijke eigenschappen. Eerst, het is volledig anorganisch - een belangrijke verschuiving, omdat organische componenten meestal niet thermostabiel zijn en onder hitte degraderen. Omdat zonnecellen in de zon erg heet kunnen worden, warmtestabiliteit is cruciaal. Door de organische delen te vervangen door anorganische materialen, de onderzoekers maakten de perovskiet-zonnecellen veel stabieler.

"De zonnecellen zijn bijna onveranderd na 300 uur blootstelling aan licht, " zegt dr. Zonghao Liu, een auteur op papier.

All-anorganische perovskiet-zonnecellen hebben doorgaans een lagere lichtabsorptie dan organisch-anorganische hybriden, echter. Hier komt het tweede kenmerk om de hoek kijken:de OIST-onderzoekers hebben hun nieuwe cellen gedoteerd met mangaan om hun prestaties te verbeteren. Mangaan verandert de kristalstructuur van het materiaal, het verhogen van de lichte oogstcapaciteit.

"Net zoals wanneer je zout aan een gerecht toevoegt om de smaak te veranderen, als we mangaan toevoegen, het verandert de eigenschappen van de zonnecel, ' zegt Liu.

Ten derde, in deze zonnecellen, de elektroden die stroom transporteren tussen de zonnecellen en externe draden zijn gemaakt van koolstof, in plaats van van het gebruikelijke goud. Dergelijke elektroden zijn aanzienlijk goedkoper en gemakkelijker te produceren, deels omdat ze rechtstreeks op de zonnecellen kunnen worden afgedrukt. Het vervaardigen van gouden elektroden, anderzijds, vereist hoge temperaturen en specialistische apparatuur zoals een vacuümkamer.

Er zijn nog een aantal uitdagingen die moeten worden overwonnen voordat perovskiet-zonnecellen zo commercieel levensvatbaar worden als siliciumzonnecellen. Bijvoorbeeld, terwijl perovskiet-zonnecellen een of twee jaar meegaan, silicium zonnecellen kunnen 20 jaar werken.

Qi en zijn collega's blijven werken aan de efficiëntie en duurzaamheid van deze nieuwe cellen, en ontwikkelen ook het proces om ze op commerciële schaal te fabriceren. Gezien hoe snel de technologie zich heeft ontwikkeld sinds de eerste perovskiet-zonnecel in 2009 werd gerapporteerd, de toekomst voor deze nieuwe cellen ziet er rooskleurig uit.