Onderzoekers hebben het exacte mechanisme ontdekt dat ervoor zorgt dat nieuwe zonnecellen in de lucht afbreken, de weg vrijmaken voor een oplossing.

Zonnecellen benutten energie van de zon en bieden een alternatief voor niet-hernieuwbare energiebronnen zoals fossiele brandstoffen. Echter, ze worden geconfronteerd met uitdagingen van dure productieprocessen en slechte efficiëntie - de hoeveelheid zonlicht die wordt omgezet in bruikbare energie.

Lichtabsorberende materialen, organische loodhalogenideperovskieten genaamd, worden gebruikt in een nieuw type zonnecellen dat veelbelovend is gebleken, omdat ze flexibeler en goedkoper te vervaardigen zijn dan traditionele zonnecellen van silicium.

Echter, perovskietcellen breken snel af in natuurlijke omstandigheden, waardoor hun prestaties in een kwestie van dagen sterk afnemen. Dit is een van de redenen waarom ze momenteel niet veel worden gebruikt.

Eerder, een team onder leiding van wetenschappers van het Department of Chemistry van Imperial ontdekte dat deze afbraak te wijten is aan de vorming van 'superoxiden' die het perovskietmateriaal aantasten. Deze superoxiden worden gevormd wanneer licht dat de cellen raakt elektronen afgeeft, die reageren met de zuurstof in de lucht.

Nutsvoorzieningen, in een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , het team heeft bepaald hoe de superoxiden worden gevormd en hoe ze het perovskietmateriaal aanvallen, en mogelijke oplossingen hebben voorgesteld.

Niet-zo-superoxiden

Werken met chemici aan de Universiteit van Bath, het team ontdekte dat de vorming van superoxide wordt geholpen door ruimten in de structuur van de perovskiet die normaal worden ingenomen door jodide-moleculen. Hoewel jodide een bestanddeel is van het perovskietmateriaal zelf, er zijn defecten waar jodide ontbreekt. Deze lege plekken worden vervolgens gebruikt bij de vorming van superoxiden.

Het team ontdekte dat het doseren van het materiaal met extra jodide na productie de stabiliteit verbeterde, maar dat een meer permanente oplossing zou kunnen zijn om de jodidedefecten uit te werken.

Hoofdauteur van de nieuwe studie, Nicholas Aristidou van de afdeling Scheikunde van Imperial, zei:"Na het identificeren van de rol van jodidedefecten bij het genereren van superoxide, we konden de materiaalstabiliteit met succes verbeteren door de vacatures te vullen met extra jodide-ionen. Dit opent een nieuwe manier om het materiaal te optimaliseren voor verbeterde stabiliteit door het type en de dichtheid van aanwezige defecten te beheersen."

Hoofdonderzoeker dr. Saif Haque van de afdeling Scheikunde van Imperial voegde toe:"We hebben nu een pad geboden om dit proces op atomaire schaal te begrijpen en het ontwerp van apparaten met verbeterde stabiliteit mogelijk te maken."

Betere oplossingen

Momenteel, de enige manier om perovskietcellen te beschermen tegen afbraak door lucht en licht, is ze in glas te omhullen. Echter, perovskiet-zonnecellen zijn gemaakt van flexibel materiaal dat is ontworpen om in verschillende omgevingen te worden gebruikt, dus de glazen omhulling beperkt hun functie ernstig.

Dr. Haque zei:"Glazen omhulsel beperkt beweging en voegt gewicht en kosten toe aan de cellen. Verbetering van het perovskietcelmateriaal zelf is de beste oplossing."

Het team hoopt vervolgens de stabiliteit van de cellen in de praktijk te testen. De cellen zouden worden blootgesteld aan een combinatie van zowel zuurstof als vocht, het testen van de cellen in meer relevante scenario's.