EO

Zonnecellen van perovskiet veel sterker door fluoride

14 mei 2019 om 16:01 uur

De atomaire structuur van fluoride (NaF) met daarin metaalhalideperovskiet (FAPbI3). Door de hoge elektronegativiteit stabiliseert het fluoride het rooster van perovskiet middels sterke waterstof- en ionen-bindingen aan het oppervlak van het materiaal.

Onderzoekers van Differ, de TU/e, de UT, en Peking University hebben ontdekt dat een beschermend laagje van fluoride zonnecellen van perovskiet een stuk stabieler maakt. Na duizend uur onder extreme testomstandigheden behouden de zonnecellen 90% van hun rendement.


De uitkomsten verschijnen vandaag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Energy.


Omdat zonnecellen van perovskiet zo goedkoop te maken zijn, wordt er de laatste jaren veel onderzoek naar gedaan. Hun rendement is dan ook flink gestegen, van minder dan 4% in 2009 tot ruim 24% op dit moment. Dat is bijna net zoveel als traditionele siliciumcellen. Met tandemcellen, een combinatie van silicium en perovskiet, is zelfs een rendement van meer dan 28% behaald.


Perovskietcellen hebben echter een aantal nadelen als gevolg van de aard van het materiaal en de manier waarop ze gemaakt worden. Op den duur zorgen leemtes in de atomaire structuur van de metaalhalide (de zogenaamde vacatures) ervoor dat het materiaal onder de invloed van vocht, licht en hitte degradeert.

 

Beschermend laagje

De onderzoekers in Eindhoven, Twente en Beijing hebben geëxperimenteerd met een nieuw soort perovskiet, door een kleine hoeveelheid fluoride toe te voegen aan het productieproces. Net zoals bij fluoride in tandpasta, vormen de fluoride-ionen een beschermend laagje rond het kristal, waardoor zich geen schadelijke fouten kunnen verspreiden in het materiaal.


"Ons werk heeft de stabiliteit van de perovskietcellen aanzienlijk verbeterd", zegt onderzoeksleider Shuxia Tao. "Onze zonnecellen behouden 90% van hun rendement na 1000 uur onder extreme licht- en hittecondities. Dat is vele keren langer dan traditionele perovskietverbindingen. We hebben bovendien een rendement behaald van 21,3%. Dat is een prima startpunt voor verdere verbeteringen."


Veel werk zit in het verklaren waarom fluoride zo goed werkt vergeleken met andere halogenen. De onderzoekers concluderen op basis van computersimulaties dat een deel van het succes is terug te voeren op de geringe afmetingen en hoge elektronegativiteit van fluoride-ionen. Hoe hoger de elektronegativiteit van een element, des te gemakkelijker het elektronen aantrekt van naburige elementen. De fluoride-ionen kunnen hierdoor een sterke binding aangaan met andere elementen in de perovskietverbinding, en vormen zo een stabiele beschermende laag.

 

Verder onderzoek

De studie wordt gezien als een belangrijke stap op weg naar het succesvolle toepassing van perovskietzonnecellen in de toekomst. Maar er is nog veel werk te doen. De gouden standaard in de zonne-energie-industrie gaat uit van een rendementbehoud van ten minste 85% na 10 à 15 jaar, en daar voldoen de perovskietcellen nog niet aan.


"We verwachten dat het nog 10 tot 15 jaar zal duren, voordat deze zonnecellen ook commercieel interessant worden. Niet alleen moeten we het rendement en de stabiliteit nog verder verbeteren, we willen ook een beter theoretisch begrip verkrijgen van de manier waarop deze mechanismen werken op atomaire schaal. We weten nog steeds niet precies waarom sommige materialen beter werken dan andere in het vergroten van de stabiliteit op lange termijn", aldus Tao.

 

Gerelateerd nieuws

Quick scan alternatieve verwarmingstechnieken voor de industrie

Quick scan: alternatieve verwarmingstechnieken voor de industrie

Het overgrote deel van de Nederlandse industrie haalt warmte uit fossiele brandstoffen. Er zijn elektrische alternatieven, maar bedrijven weten vaak niet welke van deze verwarmings- en droogtechnologie veelbelovend zijn.…

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Goud voor auto die zelf de zon opzoekt

Solar Team Eindhoven, het team van de TU Eindhoven, heeft voor de vierde keer op rij de hoofdprijs gepakt in de Cruiser Class van de Bridgestone World Solar Challenge. Het team legde de ruim drieduizend kilometer lange…

Kijken naar energietransport in op biologie geïnspireerde nanobuisjes

Hoe verplaatst energie zich in op biologie geïnspireerde nanobuisjes?

Wetenschappers van de RUG en de universiteit van Würzburg (DE) hebben een op de biologie gebaseerd systeem onderzocht dat licht omzet in stroom. Dat gebeurde met geavanceerde spectroscopie in microkanaaltjes. De…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Veilig heksysteem PSENmlock

Het heksysteem PSENmlock biedt een veilige vergrendeling en veilige sluiting in slechts één product. De PSENmlock...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 oktober 2019, Eindhoven

Dutch Design Week

Ontwerpers presenteren hun werk op 100 locaties in Eindhoven

24 oktober 2019, Vianen - 24 en 25 oktober

Basistraining automatiseringssysteem PSS4000

Meer agendapunten »