Een samenwerking onder leiding van ICIQ's Palomares-groep verdiept het begrip van de impact die het veranderen van de materialen in een perovskiet-zonnecel heeft op de prestaties ervan. De resultaten, gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Energie en milieuwetenschappen zal het ontwerp van de componenten van zonnecellen informeren, waardoor hun commerciële aantrekkingskracht toeneemt.

Op perovskiet gebaseerde zonnecellen zijn de snelst ontwikkelde zonnetechnologie tot nu toe. Sinds ze voor het eerst werden gebruikt in 2009, perovskiet-zonnecellen hebben een hoog rendement behaald (meer dan 22% onder standaard zonnestraling) tegen lage productiekosten. Hoewel de meeste perovskietcomponenten zijn geoptimaliseerd, er is nog ruimte voor verbetering. Vooral met betrekking tot de gebruikte Hole Transport Materials (HTM's).

De samenwerking, onder onderzoekers van ICIQ's Palomares en Vidal groepen, de groep Physical Chemistry of Surfaces and Interfaces van het Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) en IMDEA Nanocienca, werpt licht op de redenen achter de verschillen die zijn waargenomen in de prestaties van perovskietzonnecellen door vier verschillende HTM's te vergelijken die nauwe chemische en fysische eigenschappen vertonen.

Kleine veranderingen kunnen krachtig zijn

Op perovskiet gebaseerde zonnecellen naderen de stabiliteit die nodig is om te worden vertrouwd als potentiële commerciële producten onder werkomstandigheden. De grootste zorg zijn de gebruikte materialen, met name spiro-OMeTAD, de meest gebruikte HTM, die vatbaar is voor degradatie. Daarom, het huidige onderzoek is gericht op het vinden van alternatieven. "Wetenschappers ontwerpen al jaren nieuwe moleculen die spiro-OMeTAD zouden kunnen vervangen. Op zoek naar moleculen met vergelijkbare elektrische en optische eigenschappen als spiro-OMeTAD en in de hoop vergelijkbare resultaten te krijgen. Maar bij het testen van nieuwe HTM's, in plaats van vergelijkbare resultaten te krijgen, de cellen werkten heel slecht. Dus besloten we te begrijpen waarom dit gebeurde, " legt Núria F. Montcada uit, een postdoctoraal onderzoeker bij de Palomares-groep en een van de eerste auteurs van het artikel.

De onderzoekers realiseerden zich dat nieuwe moleculen met het potentieel om spiro-OMeTAD als HTM te vervangen, werden geselecteerd op basis van hun eigenschappen in oplossing. Echter, in functionele zonnecellen, deze moleculen worden bereid in de vorm van dunne films waarvan de oppervlakken, beurtelings, in contact komen met andere materialen, interfaces vormen. De gecreëerde interfaces kunnen veranderingen in de eigenschappen van de moleculen veroorzaken.

Door de samenwerking met ICMAB-wetenschappers, de oppervlaktewerkfunctie van elke HTM-laag op perovskieten-zonnecellen werd gemeten om te ontdekken dat "Spiro-OMeTAD-energieniveaus perfect overeenkomen met de andere componenten van de cel, terwijl het energetische landschap minder gunstig is voor lagen van de nieuwe geteste HTM-moleculen. Oppervlakken en interfaces gemaakt in de zonnecelstapel spelen een cruciale rol in de functionele apparaatprestaties, " zegt Carmen Ocal, onderzoeker bij ICMAB.

"We moeten ons ervan bewust zijn dat de perovskiet-HTM-interface de energieniveaus kan verschuiven en ongewenste energie-uitlijningen kan veroorzaken. We zijn gekomen om aan te tonen dat de studie van moleculen moet overeenkomen met de omstandigheden waaronder het molecuul zal worden gebruikt - anders molecuulontwerp is gewoon vallen en opstaan, ', zegt Montcada.