Efficiëntere perovskiet-zonnecellen dankzij supramoleculaire chemie

Dit concluderen onderzoekers van de TU in Milaan in de Angewandte Chemie International Edition.

De lage kosten en uitstekende prestaties van perovskieten maken ze zeer aantrekkelijk voor fotovoltaïsche toepassingen, maar er zijn nog een aantal problemen die verhinderen dat deze materialen op de markt komen.

Allereerst is er hun lage stabiliteit als het gaat om lucht en vochtigheid. Bovendien kan de aanwezigheid van  onvolkomenheden in het kristalrooster ‘valtoestanden’ genereren die interfereren met de beweging van ladingsdragers (elektronen en gaten) gegenereerd door licht in het materiaal, ze opsluiten en elektrische energieverliezen veroorzaken. Over het algemeen zijn deze valtoestanden ongebonden halogenide-ionen die kunnen bewegen onder invloed van een elektrisch veld en recombineren met gaten.

De studie aan de Politecnico toont aan dat het gebruik van additieven die halogeenbindingen kunnen vormen met de halogenide-ionen die aanwezig zijn in perovskieten aanzienlijke voordelen biedt voor de ontwikkeling van zonnecellen met een betere kristalliniteit en grotere stabiliteit. Halogeenbinding maakt het mogelijk gefluoreerde moleculen te introduceren, die de oppervlaktehalogeniden passiveren om hydrofobe en waterafstotende perovskieten te produceren. Op deze manier worden trap-statussen geblokkeerd en wordt de efficiëntie verhoogd.

Bovendien maakt de oppervlaktemodificatie van perovskiet met bifunctionele moleculen die halogeenbindingen kunnen vormen, een betere integratie van het perovskiet in de zonnecel mogelijk, wat de opwekking van elektrische stroom vergemakkelijkt.

Volgens de gerapporteerde data lijkt het dat halogeenbinding een aanzienlijk potentieel heeft voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie zonnecellen op basis van perovskieten. Er is echter een beter atomair/moleculair begrip van deze materialen nodig om de voordelen van halogeenbinding ten volle te benutten.