Zonnecellen vervaardigd uit materialen die bekend staan ​​als "perovskieten" halen de efficiëntie van traditionele op silicium gebaseerde zonnecellen in. Tegelijkertijd hebben ze de voordelen van lage kosten en een korte terugverdientijd van energie. Dergelijke zonnecellen hebben echter problemen met de stabiliteit - iets dat onderzoekers van Linköping University, samen met internationale medewerkers, nu hebben weten op te lossen. De resultaten, gepubliceerd in Science , zijn een grote stap voorwaarts in de zoektocht naar de volgende generatie zonnecellen.

"Onze resultaten openen nieuwe mogelijkheden om efficiënte en stabiele zonnecellen te ontwikkelen. Verder bieden ze nieuwe inzichten in hoe de doping van organische halfgeleiders werkt", zegt Feng Gao, professor in de afdeling Natuurkunde, Scheikunde en Biologie (IFM) aan de Universiteit van Linköping. .

Perovskieten zijn kristallijne materialen met een enorm potentieel om bij te dragen aan het oplossen van het energietekort in de wereld. Ze zijn goedkoop te vervaardigen, met een hoog rendement en een laag gewicht. De perovskiet-zonnecellen kunnen echter snel degraderen en het is niet mogelijk gebleken om zeer efficiënte, op perovskiet gebaseerde zonnecellen met de vereiste stabiliteit te bouwen.

"Er lijkt een wisselwerking te zijn tussen hoge efficiëntie en stabiliteit in op perovskiet gebaseerde zonnecellen. Hoogrenderende perovskiet-zonnecellen hebben de neiging om lage stabiliteit te vertonen, en vice versa", zegt Tiankai Zhang, een postdoc bij IFM en een van de hoofdauteurs van het artikel gepubliceerd in Science .

Wanneer zonne-energie wordt omgezet in elektriciteit in op perovskiet gebaseerde zonnecellen, zijn meestal een of meer ladingstransportlagen nodig. Deze liggen direct naast de perovskietlaag in de zonnecel. De organische ladingtransportlagen hebben vaak hulpmoleculen nodig om te kunnen functioneren zoals bedoeld. Het materiaal wordt beschreven als "gedoteerd".

Eén gedoteerde transportlaag genaamd Spiro-OMeTAD is een maatstaf voor perovskiet-zonnecellen en levert recordrendementen op het gebied van stroomconversie. Maar de huidige methode die wordt gebruikt om Spiro-OMeTAD te dopen is traag en veroorzaakt het stabiliteitsprobleem van perovskiet-zonnecellen.

"We zijn er nu in geslaagd om de wisselwerking die de ontwikkeling heeft belemmerd te elimineren, met behulp van een nieuwe dopingstrategie voor Spiro-OMeTAD. Dit maakt het voor ons mogelijk om zowel een hoge efficiëntie als een goede stabiliteit te verkrijgen", zegt Tiankai Zhang.

Een andere hoofdauteur van het artikel, Feng Wang, is junior docent bij IFM. Hij wijst erop dat op perovskiet gebaseerde zonnecellen op veel manieren kunnen worden gebruikt en veel toepassingsgebieden hebben.

"Een voordeel van het gebruik van perovskieten is dat de gemaakte zonnecellen dun zijn, wat betekent dat ze licht en flexibel zijn. Ze kunnen ook semi-transparant zijn. Het zou bijvoorbeeld mogelijk zijn om op perovskiet gebaseerde zonnecellen op grote ramen toe te passen , of gevels van gebouwen. Zonnecellen op basis van silicium zijn te zwaar om op deze manier te gebruiken", zegt Feng Wang. + Verder verkennen

Doteervrije, vochtstabiele organische lagen geven perovskietzonnecellen 21% efficiëntie