De zon is een onuitputtelijke en duurzame energiebron. Vandaar, fotovoltaïsche energie wint aan belang in de Duitse energieproductie. Tot de veelbelovende materialen voor zonnecellen - met een hoog rendement en lage productiekosten - behoren metaal-organische perovskieten. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben een nieuw type zeer efficiënte nikkeloxide-gattransportlaag ontwikkeld die op grote oppervlakken kan worden afgezet en een recordrendement in deze zonnecellen bereikt.

Met een efficiëntie van meer dan 24 procent in het laboratorium, Perovskiet-zonnecellen behoren tot de meest efficiënte dunne-film fotovoltaïsche systemen. Vergeleken met silicium zonnecellen die momenteel overheersend op de markt zijn, ze kunnen veel gemakkelijker en tegen lagere kosten worden geproduceerd.

Wanneer zonlicht de Perovskiet absorber raakt, elektronen worden losgemaakt van hun gebonden toestand en onderworpen aan excitatie. Tegelijkertijd, positief geladen gaten blijven. "Om energie uit de zonnecel te halen, deze elektronen en gaten moeten aan verschillende kanten van de absorber worden verwijderd. In Perovskiet-zonnecellen, dit wordt gedaan door selectieve ladingsdragerlagen, d.w.z. membranen die elektronen of gaten doorlaten, " zegt Tobias Abzieher, promovendus aan het Light Technology Institute (LTI) van het KIT. "Efficiënte Perovskiet-zonnecellen vereisen niet alleen een geoptimaliseerde lichtabsorberende Perovskiet-laag, maar ook geoptimaliseerde ladingdrager-selectieve lagen."

Samen met andere wetenschappers van het KIT, Abzieher heeft een nieuw type zeer efficiënte gatentransportlaag ontwikkeld op basis van nikkeloxide (NiOx) voor Perovskiet-zonnecellen. Deze laag kan tegen lage kosten en in tegenstelling tot conventionele organische materialen worden geproduceerd, het is minder gevoelig voor temperaturen boven 70°C. "Om het materiaal op de ondergrond af te zetten, we gebruiken een vacuümprocestechnologie, elektronenbundel verdamping. Door middel van verdamping, metaaloxide wordt afgezet op een substraat. Dankzij het kleine aantal procesparameters, we kunnen grote homogene lagen van constante hoge kwaliteit produceren, ' zegt Abzieher.

Record efficiëntie

De volledig vacuümverwerkte Perovskiet-zonnecellen bereiken een efficiëntie tot 16,1 procent en, Vandaar, ze behoren tot de meest efficiënte perovskiet-zonnecellen die met deze methode worden geproduceerd. Afgezien van vacuümdepositie, het zeer efficiënte substraat is ook ideaal voor depositie van absorbers door middel van inkjetprinten, een veelgebruikte afdrukmethode. Met deze bekende methode wetenschappers bereikten een wereldrecord:hun met inkjet bedrukte absorberende lagen bereikten een efficiëntie tot 18,5 procent. "Momenteel richt het werk zich op de depositie door roterende coating. Hier, de efficiëntie ligt boven de 24 procent. Echter, deze technologie kan niet worden overgedragen naar grote gebieden, ' zegt Tobias Abzieher.

"We concentreren ons op schaalbare productiemethoden. Ons doel is om Perovskiet-fotovoltaïsche cellen van het laboratorium naar de fabrieken over te brengen, " zegt Dr. Ulrich W. Paetzold, Hoofd van de Advanced Optics and Materials for Next Generation Photovoltaics Group van KIT's Institute of Microstructure Technology (IMT) en Light Technology Institute (LTI).