Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een technologische doorbraak bereikt en een perovskiet-zonnecel geconstrueerd met de dubbele voordelen dat ze zowel zeer efficiënt als zeer stabiel zijn.

Het werk is gedaan in samenwerking met wetenschappers van de Universiteit van Toledo, de Universiteit van Colorado-Boulder en de Universiteit van Californië-San Diego.

Een unieke architecturale structuur stelde de onderzoekers in staat om een ​​gecertificeerde gestabiliseerde efficiëntie van 24% vast te leggen onder 1-zon verlichting, waardoor dit de hoogste gerapporteerde in zijn soort is. De zeer efficiënte cel behield ook 87% van zijn oorspronkelijke efficiëntie na 2.400 bedrijfsuren bij 55 graden Celsius.

Het artikel, "Surface Reaction for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells", verschijnt in het tijdschrift Nature . De auteurs van NREL zijn Qi Jiang, Jinhui Tong, Ross Kerner, Sean Dunfield, Chuanxiao Xiao, Rebecca Scheidt, Darius Kuciauskas, Matthew Hautzinger, Robert Tirawat, Matthew Beard, Joseph Berry, Bryon Larson en Kai Zhu.

Perovskiet, dat verwijst naar een kristallijne structuur, is in het afgelopen decennium naar voren gekomen als een indrukwekkend middel om zonlicht efficiënt op te vangen en om te zetten in elektriciteit. Onderzoek naar perovskiet-zonnecellen is grotendeels gericht geweest op het vergroten van hun stabiliteit.

"Sommige mensen kunnen perovskieten demonstreren met een hoge stabiliteit, maar de efficiëntie is lager", zegt Zhu, een senior wetenschapper in het Chemistry and Nanoscience Center bij NREL. "Je zou tegelijkertijd een hoge efficiëntie en een hoge stabiliteit moeten hebben. Dat is een uitdaging."

De onderzoekers gebruikten een omgekeerde architectuur, in plaats van de "normale" architectuur die tot nu toe de hoogste efficiëntie heeft opgeleverd. Het verschil tussen de twee typen wordt bepaald door de manier waarop de lagen op het glassubstraat worden afgezet. De omgekeerde perovskiet-architectuur staat bekend om zijn hoge stabiliteit en integratie in tandemzonnecellen. Het door NREL geleide team voegde ook een nieuw molecuul toe, 3-(Aminomethyl)pyridine (3-APy), aan het oppervlak van de perovskiet. Het molecuul reageerde op het formamidinium in de perovskiet om een ​​elektrisch veld te creëren op het oppervlak van de perovskietlaag.

"Dat gaf ons plotseling een enorme boost van niet alleen efficiëntie, maar ook stabiliteit", zei Zhu.

De wetenschappers meldden dat de 3-APy reactieve oppervlakte-engineering de efficiëntie van een omgekeerde cel kan verbeteren van minder dan 23% tot meer dan 25%. Ze merkten ook op dat de reactieve oppervlakte-engineering opvalt als een effectieve benadering om de prestaties van omgekeerde cellen aanzienlijk te verbeteren "naar nieuwe state-of-the-art niveaus van efficiëntie en operationele betrouwbaarheid." + Verder verkennen

Nieuwe toevoegingen aan perovskiet tandem zonnecellen verhogen efficiëntie, stabiliteit