Nieuwe fabricagemethode maakt perovskiet-zonnecellen 35% efficiënter

Een deel van Wangs onderzoeksresultaten is gepubliceerd in Nature Communications.

Perovskiet vertoont uitstekende eigenschappen voor het gebruik in zonneceltoepassingen. Binnen een decennium hebben zonnecellen op basis van een enkele perovskietlaag al een rendement van meer dan 25 procent bereikt, wat vergelijkbaar is met conventionele anorganische zonnetechnologieën.

In vergelijking met traditionele materialen heeft perovskiet veel voordelen, zoals het feit dat het lichtgewicht en goedkoop is. Bovendien kan het worden gemaakt van oplossingsmengsels of inkt, zoals die voor het drukken van kranten. Deze inkt kan dan gebruikt worden om het oppervlak van een substraat te bedekken met een laag die slechts honderden nanometers dik is. Met deze oplossingen wordt het hierdoor eenvoudiger om zonnepanelen voor grote oppervlakten te produceren.

Interessant is dat je hoogwaardige perovskietmaterialen die verschillende kleuren zonlicht absorberen krijgt door de chemische samenstelling van het perovskietlaagje te veranderen. Daarom biedt het stapelen van verschillende perovskietmaterialen die verschillende kleuren kunnen absorberen in één apparaat, een zogeheten multi-junctionzonnecel van perovskiet, een spannende manier om de efficiëntielimiet te doorbreken tegen lage fabricagekosten.

Uitdagingen op gebied van productie

De productie van dergelijke ]zonnecellen is geen sinecure, aangezien de verschillende materiaallagen op elkaar moeten worden gelegd en tegelijkertijd bij elkaar moeten passen. Elk perovskietmateriaal vereist een bepaalde strategie om tot hoge prestaties te komen, en dit brengt uitdagingen met zich mee op het gebied van productie. Bovendien, aangezien alle perovskietlagen op basis van oplossingen worden gemaakt, kan de plaatsing van het ene perovskietmateriaal op het andere de onderliggende laag beschadigen en het rendement van de cellen verlagen.

Een universele depositiestrategie

In dit onderzoek demonstreren Wang en collega’s een eenvoudige, maar effectieve productie- en integratiemethode voor drie verschillende perovskietlagen. Deze methode pakt grote problemen aan bij de productie van multijunction-zonnecellen van perovskiet en is geschikt voor toekomstige grootschalige productiemethoden. De onderzoekers ontwierpen en implementeerden ook een robuuste verbindingslaag die in staat is om de integriteit van alle perovskietlagen te behouden tijdens de afzetting van de ene laag op de andere laag.

In een ‘proof-of-concept’-zonnecel resulteerde de combinatie van drie verschillende perovskietmaterialen in een omzettingsefficiëntie van 16,8 procent. Met de verdere ontwikkeling van individuele perovskietmaterialen kan de strategie die tijdens het promotieonderzoek van Wang is ontwikkeld, het rendement mogelijk verhogen tot boven de 35 procent.