De haat-liefdeverhouding tussen perovskiet en de zon

De resultaten worden gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Joule. 

Het onderzoek richt zich op perovskiet-zonnecellen gemaakt van formamidinium-cesium-loodjodide, een halide-verbinding die steeds populairder is geworden, omdat het een hoog rendement en een redelijke hittebestendigheid combineert met lage productiekosten. De ambivalente relatie met zonlicht,wordt tot dusver echter nauwelijks begrepen.

Onderzoekers van de TU/e, de Universiteit van Peking en de Universiteit van Californië San Diego hebben nu zowel praktische experimenten uitgevoerd – het monitoren van de fotovoltaïsche prestaties van de panelen gedurende 600 uur blootstelling aan zonlicht – als een theoretische analyse ontwikkeld.

Verboden zone

Ze concluderen dat het zonlicht geladen deeltjes in het zonnecel genereert, die samenkomen waar de zogenaamde ‘verboden zone’ (de minimale hoeveelheid energie die nodig is voor het genereren van de vrije elektronen) het kleinst is, in dit geval het formamidinium-perovskiet. De resulterende energieverschillen zorgen ervoor dat de elementen die eerst nog zo goed samenwerkten om de cel efficiënt te maken, uit elkaar vallen in aparte clusters. Vooral de clusters met veel cesium (de groene stippen in de afbeelding) blijken minder gevoelig te zijn voor fotonen en minder goed stroom te geleiden, wat een negatieve invloed heeft op de prestaties van het apparaat.

Oplossingen

Als mogelijke oplossingen opperen de onderzoekers het gebruik van additieven om de chemische interactie binnen de materialen in de panelen te verbeteren; het manipuleren van de bandgap door het gebruik van andere elementen in plaats van jodide en cesium, zoals bromide en rubidium; of het wijzigen van de energieniveaus, zodat de geladen deeltjes beter vrijkomen.