(Phys.org) —De basisfunctie van zonnecellen is om zonlicht te oogsten en om te zetten in elektriciteit. Dus, het is van cruciaal belang dat de film die het licht op het oppervlak van de cel opvangt, is ontworpen voor de beste energieabsorptie. De zoektocht naar het ontwikkelen van efficiëntere zonnecellen heeft geleid tot een felle concurrentie tussen wetenschappers om de materialen met de laagste kosten en de hoogste energie te vinden.

In de richting van dat doel, een divers team van UCLA-wetenschappers van het California NanoSystems Institute verbetert de efficiëntie van nieuwe filmmaterialen die een revolutie teweegbrengen in de zonneceltechnologie. Onderzoekers onder leiding van professor Yang Yang, de Carol en Lawrence E. Tannas Jr. Professor of Engineering aan de UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, publiceerden onlangs twee studies waarin ze de energieconversie-efficiëntie van de materialen kesteriet en perovskiet verhoogden voor het maken van zeer efficiënte en goedkope zonnecellen.

Kesteriet

Kesteriet is een anorganische stof (niet afkomstig van planten of dieren) die is gemaakt van overvloedige materialen, zoals koper, zink, tin en zwavel. Het UCLA-team heeft een manier ontwikkeld om de omzetting van zonlicht in elektriciteit te verhogen door de samenstelling en verspreiding van kesterite-nanokristallen te regelen in een inkt die wordt gebruikt om de film te maken die in zonnecellen wordt gebruikt.

In een paper online gepubliceerd op 8 augustus in het tijdschrift ACS Nano , de Yang-groep toonde aan dat hun vermogen om de ruimtelijke samenstelling en distributie van nanokristallen in de kesterite-inkt te controleren en te verbeteren, de energieconversie-efficiëntie verbeterde tot 8,6 procent met een consistente en herhaalbare techniek.

"Het apparaat gebruikt koper, zink en tin, en we waren in staat om de verhouding van de elementen te regelen om de nanokristallen beter te maken, " zei Huanping Zhou, een postdoctoraal wetenschapper en eerste auteur van de studie. "Een probleem in het verleden waren te veel defecten in de film vanwege het probleem met de verdeling van de elementen. We synthetiseren nu de nanokristallen op een manier om de ruimtelijke elementen en verdeling in de film nauwkeurig te regelen. Hierdoor kunnen we de efficiëntie van de zonnecel maximaliseren. "

Yang zei dat het team in staat was om een ​​volledig oplossingsproces met het materiaal uit te voeren. "Dat betekent dat alle benodigde zonnecelelementlagen - het adsorbens, de elektrode, enzovoort., zijn vloeistoffen die op een oppervlak kunnen worden gespoten of geverfd om van dat oppervlak een zonnecel te maken, "zei hij. "Dat zou het dak van een elektrische auto kunnen zijn, of de buitenmuren van een gebouw, ramen of dak."

Yang wees er ook op dat kesterite erg stabiel is, en dat koper, zink en tin zijn goedkoop en overal verkrijgbaar.

Perovskiet

Perovskiet is een organisch en anorganisch hybride materiaal dat koolstof en lood combineert. Sinds het vijf jaar geleden voor het eerst werd gebruikt als materiaal voor zonnecellen, verbeteringen hebben de stroomconversie-efficiëntie verhoogd tot bijna 20 procent, zoals blijkt uit een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap op 1 aug.

"We hebben een techniek ontwikkeld om de vorming van perovskiet te beheersen om een ​​zonnecel te maken met een efficiëntie van iets minder dan 20 procent. " zei Qi Chen, postdoctoraal wetenschapper en eerste auteur van de studie met Zhou, "Perovskiet is een zeer goedkoop materiaal om te produceren en is erg dun, een duizendste van de dikte van een normale silicium zonnecel. Het kan flexibel worden gemaakt, aan de muur gehangen, of kan worden gebruikt om een ​​zonnepark te bouwen."

Perovskiet begint ook als vloeibare inkt, en de UCLA-onderzoekers controleerden de dynamiek van het materiaal tijdens zijn groei, dat gebeurt in lucht bij lage temperaturen. Dit maakt de vervaardiging van perovskietapparaten met grote oppervlakten met hoge prestatieniveaus goedkoop. De verbeterde techniek kan worden gebruikt in op perovskiet gebaseerde apparaten met verschillende toepassingen zoals lichtemitterende diodes, veldeffecttransistoren, en sensoren.

Chen zei dat omdat perovskiet momenteel onstabiel is in de lucht en na verloop van tijd verslechtert, de onderzoekers werken aan stabiliteit op lange termijn om het stabieler te maken. En omdat lood een giftig element is, milieuvriendelijke loodvrije perovskietmaterialen zouden in de toekomst een aantrekkelijk onderwerp zijn.

Yang zei dat met de concurrentie in goedkope, hoogrenderende zonnecellen zijn zo heet, zijn team zoekt zoveel mogelijk wegen in de richting van het doel om de meest efficiënte, goedkoopste zonnecellen.