UCLA-professor Yang Yang, lid van het California NanoSystems Institute, is een wereldberoemde innovator van zonneceltechnologie wiens team de afgelopen jaren de volgende generatie zonnecellen heeft ontwikkeld die zijn gemaakt van perovskiet, die een opmerkelijke efficiëntie heeft bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit.

Ondanks dit succes, de delicate aard van perovskiet - een zeer lichte, flexibel, organisch-anorganisch hybride materiaal - stagneerde de verdere ontwikkeling in de richting van commercieel gebruik. Bij blootstelling aan lucht, perovskietcellen vielen binnen enkele uren tot dagen uiteen en vielen uiteen. De cellen gingen nog sneller achteruit als ze ook werden blootgesteld aan vocht, voornamelijk vanwege de hydroscopische aard van de perovskiet.

Nu heeft het team van Yang de belangrijkste moeilijkheid van perovskiet overwonnen door het te beschermen tussen twee lagen metaaloxide. Dit is een belangrijke stap vooruit in de richting van het stabiliseren van perovskiet-zonnecellen. Hun nieuwe celconstructie verlengt de effectieve levensduur van de cel in lucht met meer dan 10 keer, met slechts een marginaal rendementsverlies bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit.

De studie werd op 12 oktober online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie . Postdoctoraal onderzoeker Jingbi You en promovendus Lei Meng van het Yang Lab waren de hoofdauteurs van het artikel.

"Er is veel optimisme geweest over perovskiet-zonneceltechnologie, "Zei Meng. In minder dan twee jaar, het Yang-team heeft de efficiëntie van perovskietzonnecellen verbeterd van minder dan 1 procent tot bijna 20 procent. "Maar de korte levensduur was een beperkende factor die we probeerden te verbeteren sinds we perovskietcellen met een hoge efficiëntie ontwikkelden."

Yang, die de Carol en Lawrence E. Tanna's vasthoudt, jr., Bijzonder leerstoel in Engineering aan de UCLA, zei dat er verschillende factoren zijn die leiden tot een snelle verslechtering van normaal gelaagde perovskiet-zonnecellen. De belangrijkste, Yang zei, was dat de veelgebruikte bovenste organische bufferlaag een slechte stabiliteit heeft en de perovskietlaag niet effectief kan beschermen tegen vocht in de lucht, celdegradatie versnellen. De bufferlagen zijn belangrijk voor de celconstructie omdat de door de cel opgewekte elektriciteit erdoor wordt onttrokken.

Meng zei dat het team in deze studie die organische lagen verving door metaaloxidelagen die de perovskietlaag insluiten, beschermen tegen vocht. Het verschil was dramatisch. De metaaloxidecellen gingen 60 dagen mee in openluchtopslag bij kamertemperatuur, met behoud van 90 procent van hun oorspronkelijke zonneconversie-efficiëntie. "Met deze techniek geperfectioneerd hebben we de stabiliteit aanzienlijk verbeterd."

De volgende stap voor het Yang-team is om de metaaloxidelagen meer gecondenseerd te maken voor een betere efficiëntie en om de zonnecel af te dichten voor een nog langere levensduur zonder verlies van efficiëntie. Yang verwacht dat dit proces kan worden opgeschaald naar een grote productie nu het belangrijkste perovskietprobleem is opgelost.