Vijf jaar geleden, de wereld begon te praten over zonnecellen van de derde generatie die de traditionele siliciumcellen uitdaagden met een goedkoper en eenvoudiger productieproces dat minder energie verbruikte.

Methylammonium-loodjodide is een metaal-organisch materiaal in de perovskiet-kristalstructuur dat licht efficiënt opvangt en elektriciteit goed geleidt - beide belangrijke eigenschappen in zonnecellen. Echter, de levensduur van zonnecellen gemaakt van metaalorganische perovskieten is zeer kort gebleken in vergelijking met cellen gemaakt van silicium.

Nu onderzoekers van Aalto University, De Universiteit van Uppsala en de École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in Zwitserland zijn erin geslaagd om de stabiliteit op lange termijn van zonnecellen gemaakt van perovskiet te verbeteren met behulp van "random network" nanobuisfilms die zijn ontwikkeld onder leiding van professor Esko Kauppinen aan de universiteit van Aalto. Willekeurige netwerk-nanobuisfilms zijn films die zijn samengesteld uit enkelwandige koolstofnanobuisjes die in een elektronenmicroscoopbeeld eruitzien als spaghetti op een plaat.

'In een traditionele perovskiet-zonnecel, de gatengeleiderlaag bestaat uit organisch materiaal en, daar bovenop, een dunne laag goud die gemakkelijk begint te desintegreren en door de hele zonnecelstructuur diffundeert. We vervingen het goud en ook een deel van het organische materiaal door films gemaakt van koolstofnanobuisjes en bereikten een goede celstabiliteit in 60 graden en volle zonverlichting', legt Kerttu Aitola uit, die haar proefschrift verdedigde aan de Aalto University en nu werkt als onderzoeker aan de Universiteit van Uppsala

In de studie, dikke zwarte films met een zo hoog mogelijke geleidbaarheid werden gebruikt in het achterste contact van de zonnecel waar licht niet door hoeft te komen. Volgens Aitola, nanobuisfilms kunnen ook transparant en dun worden gemaakt, die het mogelijk zouden maken om ze te gebruiken als het frontcontact van de cel, met andere woorden als het contact dat licht doorlaat.

'De zonnecellen zijn geprepareerd in Uppsala en de langetermijnstabiliteitsmeting is uitgevoerd bij EPFL. De leider van de zonnecelgroep bij EPFL is professor Michael Grätzel, die de Millenniumprijs 2010 ontving voor kleurstofgevoelige zonnecellen, waarop de perovskiet-zonnecellen ook deels zijn gebaseerd', zegt Aitola.

Zonnecellen in ramen

De levensduur van zonnecellen gemaakt van silicium is 20-30 jaar en de industriële productie ervan is zeer efficiënt. Nog altijd, alternatieven zijn nodig omdat het reduceren van siliciumdioxide in zand tot silicium enorm veel energie kost. Er wordt geschat dat een siliciumzonnecel twee of drie jaar nodig heeft om de energie te produceren die werd gebruikt om hem te produceren, terwijl een perovskiet-zonnecel slechts twee of drie maanden nodig zou hebben om het te doen.

'In aanvulling, het silicium dat in zonnecellen wordt gebruikt, moet extreem zuiver zijn', zegt Aitola.

'Perovskiet-zonnecel is ook interessant omdat zijn efficiëntie, met andere woorden hoe efficiënt het zonlichtenergie omzet in elektrische energie, heeft zeer snel het niveau van silicium zonnecellen bereikt. Daarom wordt er wereldwijd zoveel onderzoek gedaan naar perovskietzonnecellen.'

De alternatieve zonnecellen zijn nog interessanter vanwege hun verschillende toepassingsgebieden. Flexibele zonnecellen werden tot nu toe vervaardigd op geleidende kunststof. Vergeleken met de geleidende laag van kunststof, de flexibiliteit van nanobuisfilms is superieur en de grondstoffen zijn goedkoper. Dankzij hun flexibiliteit, zonnecellen zouden kunnen worden geproduceerd met behulp van de roll-to-roll verwerkingsmethode die bekend is uit de papierindustrie.

'Lichte en flexibele zonnecellen zijn makkelijk te integreren in gebouwen en je zou ze ook zelf in ramen kunnen hangen', zegt Aitola.