Een oplossing voor schaalbaarheidsproblemen met perovskiet-zonnecellen

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Nanotechnology.

Een van de obstakels op weg naar de commercialisering van perovskiet-zonnecellen is dat het opschalen ervan leidt tot verliezen in de efficiëntie van de energieconversie en de operationele stabiliteit. Dit komt door natuurlijke defecten in de moleculaire structuur van perovskiet, die de stroom van elektronen verstoort. Dit resulteert in ‘resistief verlies’ – een vermogensverlies door weerstand. Bovendien zijn de processen die nodig zijn om hoogwaardige perovskietfilms met een groot oppervlak te verkrijgen behoorlijk complex.

In een nieuwe studie hebben wetenschappers onder leiding van Mohammad Nazeeruddin van EPFL een manier gevonden om de schaalvergrotingsproblemen van perovskieten te overwinnen. De wetenschappers hebben een eenvoudige solvothermische methode ontwikkeld die monokristallijne titaniumdioxide-rhomboëdrische nanodeeltjes kan produceren die kunnen worden gebruikt om een ​​perovskietfilm te bouwen.

De nieuwe structuur heeft minder ‘rooster’-mismatches, verwijzend naar de ‘ladderachtige’ structuur van de titaniumdioxide-nanodeeltjes. Dit vertaalt zich in een lager aantal defecten, wat zorgt voor een betere elektronenstroom met minder vermogensverlies.

Bij het testen van de nieuwe op nanodeeltjes gebaseerde, kleine zonnecellen bereikten de wetenschappers een energieconversie-efficiëntie van 24,05% en een vulfactor (een maatstaf voor het werkelijk verkrijgbare vermogen) van 84,7%. De cellen behouden ook ongeveer 90% van hun oorspronkelijke prestatie na 1400 uur continu bedrijf.

De wetenschappers maakten ook cellen met een groot oppervlak, die een efficiëntie van 22,72% met een actief oppervlak van bijna 24 cm2 gecertificeerd hebben. Dit "vertegenwoordigt de meest efficiënte modules met het laagste verlies aan efficiëntie bij opschaling", concluderen de auteurs.