(Phys.org) —Textielzonnecellen zijn een ideale energiebron voor kleine elektronische apparaten die in kleding zijn verwerkt. In het journaal Angewandte Chemie , Chinese wetenschappers hebben nu nieuwe zonnecellen geïntroduceerd in de vorm van vezels die tot textiel kunnen worden geweven. De flexibele, coaxiale cellen zijn gebaseerd op een perovskietmateriaal en koolstofnanobuisjes; ze onderscheiden zich door hun uitstekende energieconversie-efficiëntie van 3,3% en hun lage productiekosten.

Het dilemma voor zonnecellen:ze zijn ofwel goedkoop en inefficiënt, of ze hebben een redelijke efficiëntie en zijn erg duur. Een oplossing kan komen van zonnecellen gemaakt van perovskietmaterialen, die minder duur zijn dan silicium en geen dure additieven vereisen. Perovskieten zijn materialen met een speciale kristalstructuur die lijkt op die van perovskiet, een calciumtitanaat. Deze structuren zijn vaak halfgeleiders en absorberen licht relatief efficiënt. Het belangrijkste is, ze kunnen elektronen die door licht worden aangeslagen over grote afstanden binnen het kristalrooster bewegen voordat ze terugkeren naar hun energetische grondtoestand en een vaste positie innemen - een eigenschap die erg belangrijk is in zonnecellen.

Een team onder leiding van Hisheng Peng van de Fudan University in Shanghai heeft nu perovskiet-zonnecellen ontwikkeld in de vorm van flexibele vezels die in elektronisch textiel kunnen worden geweven. Hun productieproces is relatief eenvoudig en goedkoop omdat het een oplossingsgericht proces gebruikt om de lagen op te bouwen.

De anode is een fijne roestvrij staaldraad gecoat met een compacte n-halfgeleidende titaniumdioxidelaag. Hierop wordt een laag poreus nanokristallijn titaandioxide afgezet. Dit verschaft een groot oppervlak voor de daaropvolgende afzetting van het perovskietmateriaal CH3NH3PbI3. Dit wordt gevolgd door een laag gemaakt van een speciaal organisch materiaal. Ten slotte wordt er continu een transparante laag van uitgelijnde koolstofnanobuisjes over het geheel gewikkeld om als kathode te fungeren. De resulterende vezel is zo fijn en flexibel dat het in textiel kan worden geweven.

De perovskietlaag absorbeert licht, dat elektronen opwekt en vrijmaakt, waardoor een ladingsscheiding ontstaat tussen de elektronen en de formeel positief geladen "gaten". De elektronen komen de geleidende band van de compacte titaniumdioxidelaag binnen en gaan naar de anode. De "gaten" worden opgevangen door de organische laag. Het grote oppervlak en de hoge elektrische geleidbaarheid van de koolstof nanobuis kathode helpen bij de snelle geleiding van de ladingen met hoge foto-elektrische stromen. De vezelzonnecel kan een energieomzettingsrendement van 3,3% behalen, die van alle eerdere coaxiale vezelzonnecellen die met kleurstoffen of polymeren zijn gemaakt, overtreft.