Onderzoekers hebben verschillende minerale vormen van titaniumoxide op elkaar gelaagd om de efficiëntie van perovskiet-type zonnecellen met een zesde te verbeteren. De titaniumoxidelaag was beter in staat om elektronen van het centrum van de cel naar de elektroden te transporteren. Deze nieuwe benadering zou in de toekomst kunnen worden gebruikt om nog efficiëntere zonnecellen van het perovskiet-type te fabriceren.

Hoewel de meeste zonnecellen van silicium zijn gemaakt, dergelijke cellen zijn moeilijk te vervaardigen, vacuümkamers en temperaturen boven 1000 °C nodig hebben. De onderzoeksinspanningen hebben zich daarom recentelijk gericht op een nieuw type zonnecel, op basis van metaalhalogenide perovskieten. Perovskiet-oplossingen kunnen goedkoop worden geprint om efficiëntere, goedkope zonnecellen.

In zonnecellen kunnen perovskieten licht omzetten in elektriciteit, maar ze moeten worden ingeklemd tussen een negatieve en positieve elektrode. Een van deze elektroden moet transparant zijn, echter, om het zonlicht de perovskieten te laten bereiken. Niet alleen dat, alle andere materialen die worden gebruikt om ladingen van de perovskieten naar de elektrode te laten stromen, moeten ook transparant zijn. Onderzoekers hebben eerder ontdekt dat dunne lagen titaniumoxide zowel transparant zijn als elektronen naar de elektrode kunnen transporteren.

Nutsvoorzieningen, een in Japan gevestigd onderzoeksteam, gecentreerd aan de Kanazawa University, heeft een meer gedetailleerde studie uitgevoerd naar perovskiet-zonnecellen met behulp van elektronentransportlagen gemaakt van anatase en brookiet, die verschillende minerale vormen van titaniumoxide zijn. Ze vergeleken de impact van het gebruik van pure anatase of brookiet of combinatielagen (anatase bovenop brookiet of brookiet bovenop anatase). De studie van het team is onlangs gepubliceerd in het ACS-tijdschrift Nano-letters .

De anataaslagen werden vervaardigd door oplossingen op glas te sproeien dat was gecoat met een transparante elektrode die werd verwarmd tot 450°C. In de tussentijd, de onderzoekers gebruikten in water oplosbare brookiet-nanodeeltjes om de brookietlagen te creëren, omdat in water oplosbare inkten milieuvriendelijker zijn dan conventionele inkten. Deze nanodeeltjes hebben in het verleden slechte resultaten opgeleverd; echter, het team voorspelde dat combinatielagen de problemen zouden oplossen die eerder waren opgetreden bij het gebruik van de nanodeeltjes.

"Door brookiet bovenop anatase te leggen, waren we in staat om de efficiëntie van de zonnecellen met wel 16,82% te verbeteren, " zegt co-auteur Koji Tomita.

Deze resultaten openen een nieuwe manier om perovskiet-zonnecellen te optimaliseren, namelijk via het gecontroleerd stapelen en manipuleren van de verschillende minerale vormen van titaniumoxide.

"Het gebruik van verschillende minerale fasen en combinaties van deze fasen zorgt voor een betere controle van het elektronentransport uit de perovskietlaag en voorkomt ook dat ladingen recombineren aan de grens tussen het perovskietmateriaal en de elektronentransportlaag, " zegt eerste auteur Md. Shahiduzzaman. "Samen, beide effecten stellen ons in staat een hogere efficiëntie van zonnecellen te bereiken."

Begrijpen hoe efficiëntere perovskiet-zonnecellen kunnen worden gemaakt, is belangrijk voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie bedrukbare, goedkope zonnecellen die in de toekomst betaalbare schone energie kunnen leveren.