Zonnecellen van perovskiet veel sterker door fluoride

Geplaatst op 14 mei 2019 om 16:01 uur
Zonnecellen van perovskiet veel sterker door fluoride
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.

 
© Engineersonline.nl