Perovskiet, en niet het gebruikelijke silicium, is de toekomst voor het oogsten van zonne-energie. Verschillende universiteiten werken momenteel aan doorbraken en zetten grote stappen in het verbeteren van het rendement waarmee zonne-energie wordt opgewekt. Dat betekent minder en kleinere panelen, maar ook toegang tot oppervlakken van auto’s of gewone dakbedekking.
Wetenschappers van de Universiteit van Oxford ontwikkelden een coating die dun en flexibel genoeg is om aan te brengen op het oppervlak van bijna elk gebouw of voorwerp. Ze gebruiken een techniek die meerdere lichtabsorberende lagen in één zonnecel stapelt. Daardoor kan meer energie worden opgewekt uit dezelfde hoeveelheid zonlicht.
In slechts vijf jaar experimenteren is de efficiëntie van het nieuwe materiaal verhoogd van ongeveer 6% naar meer dan 27%, dicht bij de grenzen van wat bestaande fotovoltaïsche systemen met één laag bereiken. Verwacht wordt dat deze benadering nog veel hogere rendementen kan bereiken, tot meer dan 45%.
Naast het rendement is ook de veelzijdigheid van het nieuwe ultradunne en flexibele materiaal belangrijk. Met een dikte van iets meer dan één micron is het bijna 150 keer dunner dan een silicium wafer. In tegenstelling tot bestaande fotovoltaïsche materialen, die meestal worden toegepast op silicium panelen, kan dit materiaal op bijna elk oppervlak worden aangebracht. Denk daarbij aan het dak van auto’s en gebouwen en zelfs de achterkant van mobiele telefoons. Daardoor zijn er op de langere termijn minder siliciumpanelen of zelfs zonneparken nodig.
Met de nieuwe techniek kunnen de kosten van zonne-energie verder dalen.
In combinatie met silicium
Ook de Universiteit van Landbouw Faisalabad in Pakistan werkt aan verbetering van de efficiëntie van perovskietzonnecellen. Dat doen ze door een bufferlaag van cadmiumtelluride (CdTe) toe te voegen, die de geleiding van ladingsdragers verbetert en tegelijkertijd defecten in het apparaat vermindert. De op CdTe gebaseerde cel behaalde een rendement van 23%.
Het nieuwe celontwerp werd geïntroduceerd in de studie “Interface engineering for improved performance of perovskite solar cells using CdTe buffer layer“, die onlangs werd gepubliceerd in Results in Engineering.
Hoe werkt perovskiet?
Perovskietkristallen kunnen bovenop silicium worden geplaatst, waardoor panelen ontstaan die verschillende delen van het zonnespectrum absorberen. Perovskieten kunnen gemaakt worden van goedkope materialen. Maar perovskieten hebben een lage stabiliteit, waardoor ze sneller slijten dan silicium. Dat betekent dat de opbrengst snel terugloopt naarmate de laag ouder wordt. Perovskieten worden onder andere onderzocht vanwege supergeleiding eigenschappen.
Een van de manieren om de stabiliteit van perovskieten te verbeteren gebruikt een molecuul genaamd tetrahydrotriazinium. Dit molecuul heeft een regelmatige plaatsing van stikstofatomen, waardoor het sterkere interacties kan vormen in de kristalstructuur. Tetrahydrotriazinium reageert echter met andere chemicaliën.
Perovskiet is ieder materiaal met hetzelfde type kristalstructuur als calciumtitaniumoxide, een combinatie van kubussen en achtvlakken, zoals die van diamant. (Wikipedia)
Om dit probleem op te lossen, stopten de onderzoekers de grondstoffen die tetrahydrotriazinium kunnen vormen in de perovskiet-oplossing. Hierdoor kon het molecuul gevormd worden in de oplossing zelf en direct opgenomen worden in een perovskietkristal. Zo kan het niet met andere stoffen reageren. Het resulteerde in perovskieten met een efficiëntie van bijna 34 procent.
Ter vergelijking, traditionele siliciumpanelen hebben een efficiëntie van ongeveer 20 procent. Het combineren van silicium met perovskieten biedt dus de mogelijkheid om de efficiëntie van zonnepanelen aanzienlijk te verhogen en een nieuwe generatie van zeer efficiënte panelen te creëren.
Een ander aspect van het onderzoek richtte zich op het beheersen van de kristallisatie van de perovskietlaag. In de oplossing ontstonden vaak kristallen met fouten. Om dit probleem aan te pakken, gebruikten de onderzoekers een anti-oplosmiddel om de oplosbaarheid van chemische stoffen in de oplossing te verminderen. Hierdoor konden ze de vorming van sterke perovskietkristallen controleren met minder defecten.
De onderzoeken laten zien dat de combinatie van perovskiet en silicium veel potentieel heeft om de efficiëntie en prestaties van zonnecellen te verbeteren. Maar de stabiliteit en kristalstructuur hebben nog veel onderzoek nodig om een commercieel levensvatbaar product op te leveren.
Samen bepalen we de richting van de toekomst, elke dag weer. Koelen we het klimaat weer af? Blijven we veilig? Maken we de samenleving eerlijker? Als je kunt, help dan mee. Steun ons als lid of donateur. Want zonder voldoende ondersteuners redden we het niet. Dank je wel.
Wil je ons liever eerst een tijdje volgen? Meld je dan hier aan voor de gratis nieuwsbrief.
Alvast bedankt - en blijf veilig en gezond!
Team Duurzaamnieuws
