EO

Perovskiet presteert beter onder druk

23 juli 2020 om 09:49 uur

Segregatie van bromide en jodide in perovskieten resulteert in een inhomogeen energielandschap, weergegeven als bergen en valleien. Onder hoge druk blijven de bromide en jodide gemengd, waardoor de perovskieten hun gunstige eigenschappen voor zonnecellen behouden. Beeld: THISillustrations.com

Perovskiet kun je veel stabieler en daarmee efficiënter maken door slechts één ion te vervangen. Onderzoekers van Amolf lieten op onverwachte wijze zien hoe dat kan: druk blijkt een belangrijke rol te spelen.


Ze publiceren hun bevindingen in het vaktijdschrift Cell Reports Physical Science.

 

Zonnecellen van een combinatie van silicium en perovskiet - met name de variant met gemengde halides zoals jood en broom - zijn potentieel efficiënter en goedkoper dan de traditionele siliciumzonnecellen. Zo zetten ze een veel groter deel van het zonlicht om in elektriciteit. Maar perovskieten vallen uiteen onder invloed van licht en zijn zodoende nog niet bruikbaar in de praktijk. Het vervangen van het (postitief geladen) kation in de structuur helpt. De onderzoekers hebben nu laten zien dat dat komt omdat de structuur daarmee in elkaar gedrukt wordt, net alsof je er veel druk op uitoefent.

 

Chemische intuïtie

Een perovskiet bestaat uit een loodion omringd door halides, bijvoorbeeld jood en broom. Binnenin de holle structuur die dit vormt bevindt zich een kation zoals methylammonium. Het probleem is dat er bij het beschijnen met licht gebiedjes ontstaan in het materiaal waar vooral joodionen zitten en andere met voornamelijk broomionen. Het voordeel van het jood-broom mengsel in de perovskieten verdwijnt dan: een groot deel van het lichtspectrum wordt in hitte omgezet in plaats van elektriciteit. Chemicus Eline Hutter dacht dat de spontane scheiding van de halides wel eens voorkomen zou kunnen worden door het materiaal onder hoge druk te zetten. "Ik wist toen nog niet precies waarom. Noem het chemische intuïtie."

 

De Hybrid Solar Cells groep beschikt over een Transient Absorption Spectrometer (TAS) die onder zeer hoge druk de elektronische eigenschappen kan meten van dit soort materialen.Er werd gemeten wat er met het materiaal gebeurt na beschijnen met licht. "Als er geen druk op het materiaal staat zien we de scheiding van broom en jood. Onder 3000 bar druk zie je duidelijk dat er geen scheiding meer plaatsvindt."

 

Praktische oplossing

Dit resultaat bevestigt Hutters hypothese dat het vrije volume in het materiaal, en daarmee de druk, een cruciale rol speelt bij de scheiding van de halides. Maar het is onpraktisch om een zonnecel te maken die onder zo'n hoge druk staat. Daar blijkt echter een zeer praktische oplossing voor te zijn: "Wanneer je het kation in de holle ruimtes van het perovskiet vervangt door een kleiner kation zoals cesium, vindt er chemische contractie plaats. De hele structuur krimpt van binnenuit in elkaar als aarde die indroogt en samentrekt. Het effect is precies hetzelfde als het onder hoge druk zetten van het materiaal."


Hutter en collega's toonden vervolgens met de TAS aan dat er ook in dit chemisch samengedrukte perovskiet geen scheiding meer plaatsvindt van jood en broom. Daarmee bewijzen ze dat een vergeten aspect van de theorie belangrijk is: het volume van het materiaal is eerder nooit meegenomen in de berekeningen, zegt Hutter.

 

Stabiliteit verzekerd

Om perovskieten stabiel te maken is dit een essentiële ontdekking. Groepsleider Bruno Ehrler: "De focus heeft altijd gelegen op de kinetiek: het vertragen van de beweging van de ionen, zodat ze langzamer zouden ontmengen. Wij laten nu zien dat het verhogen van de druk juist de thermodynamica verandert: de ionen bewegen nog even snel, maar het is energetisch niet meer gunstig als jood en broom ontmengen. Dat gebeurt dan ook niet meer."

 

Gerelateerd nieuws

De zwerftocht van het micro-scharnier

De zwerftocht van het micro-scharnier (video)

Brownse beweging is het voortdurend bewegen van microscopisch kleine objecten door een bombardement van de omringende deeltjes. Hoe verandert deze beweging als het object flexibel is in plaats van rigide?

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO heeft een optische module voor het Sentinel-5-instrument overgedragen aan het Duitse Airbus Defence & Space dat het satellietinstrument in elkaar gaat zetten. Sentinel-5 wordt ontwikkeld om de samenstelling van…

Europa's grootste zonvolgende drijvende zonnepark ligt in Rotterdam

Europa's grootste zonvolgende drijvende zonnepark ligt in Rotterdam (video)

Op het Kralingse waterbekken van Evides Waterbedrijf is een drijvend zonnepark geopend van 1 hectare groot. Het volgt de zon, wat zorgt voor een optimaal rendement.

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

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 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

27 augustus 2020, Online

Printed Electronics | Diversity in Tech

De Organic and Printed Electronics Association (OE-A) en High Tech Campus Eindhoven brengen technologie...

8 september 2020, Eindhoven

Cyber Event

Gratis Cyber Event voor ondernemers in de hightech- en maakindustrie door Cyber Weerbaarheidscentrum...

Meer agendapunten »