Flippende kristallen verbeteren prestaties zonnecel (video)

 "De kristaloriëntatie is al meer dan twee decennia een puzzel, en dit is de eerste keer dat we er in zijn geslaagd om het kristal om te draaien – te flippen – in het ‘hot casting’-proces", zegt  Rice-student Hsinhan Tsai, die hieraan in  Los Alamos samenwerkt met senior researcher Aditya Mohite.  "Dit is onze doorbraak, we gebruiken onze spin-casting techniek om gelaagde kristallen te creëren waarvan de elektronen verticaal door het materiaal stromen, zonder in het midden te worden geblokkeerd door organische kationen".

Het tweedimensionale materiaal komt oorspronkelijk van de Northwestern University, waar chemieprofessor Mercouri G. Kanatzidis en dr. Costas Stoumpos een interessant 2D-materiaal onderzochten dat zijn lagen loodrecht op het substraat oriënteert. "Het 2-D perovskiet opent een nieuwe dimensie in perovskiet-onderzoek", zegt Kanatzidis. "Het biedt nieuwe perspectieven voor een volgende generatie stabiele zonnecellen en opto-elektronische componenten als led’s, lasers en sensoren".

"Dit is een heel sterke synergie tussen onze instituten, de materiaalontwerpers van Northwestern die zorgen voor kwalitatief zeer goede monsters van het materiaal en het team van Los Alamos dat buitengewoon bedreven is in het vervaardigen en optimaliseren van zonnecellen", vindt Kanatzidis.

Het was een uitdaging om iets te vinden dat beter werkt dan 3D perovskieten, die weliswaar beschikken over opmerkelijke fotofysische eigenschappen en een vermogensconversierendement van meer dan 20%, maar die te kampen hebben met slechte prestaties in stress-tests met licht, vocht en warmte.

De 2-D kristallen die eerder werden bestudeerd door het Northwestern-team presteerden slecht als de organische kationen de kloof tussen gesandwichte lagen raakte: het conversierendement daalde tot 4,73% ten gevolge van de niet identieke uitlijning van de kristallen in de lagen. Maar met de casting-techniek kon het beter gestroomlijnde, verticaal uitgelijnde 2D materiaal worden gemaakt dat kennelijk die kloof elimineert. Momenteel is met het 2D-materiaal eeb rendement van 12% behaald.

 "We streven naar het produceren van monkristallijne dunne films, die niet alleen relevant zijn voor zonnecellen, maar ook voor efficiënte lichttoepassingen, die kunnen concurreren met de huidige technieke", aldus een van de teamleden.

 "High-efficiency two-dimensional Ruddlesden-Popper perovskite solar cells," Hsinhan Tsai1, Wanyi Nie, Jean-Christophe Blancon, Constantinos C. Stoumpos, Reza Asadpour, Boris Harutyunyan, Rafael Verduzco, Jared Crochet, Sergei Tretiak, Laurent Pedesseau, Jacky Even, Muhammad A. Alam, Gautam Gupta, Jun Lou, Pulickel M Ajayan, Michael J Bedzyk, Mercouri G. Kanatzidis en Aditya D. Mohite

Lees ook:

• Betere, goedkopere zonnepanelen dankzij hybride perovskieten
• Perovskiet zonnecellen: heilige graal of hype?