Superefficiënte indoor zonnecellen maken miljarden batterijen overbodig

Onderzoekers hebben indoor zonnecellen ontwikkeld die zes keer efficiënter energie kunnen oogsten uit binnenlicht dan nu mogelijk. Daarmee zouden miljarden alledaagse apparaten zoals toetsenborden, afstandsbedieningen, alarmsystemen en sensoren binnenkort zonder batterijen kunnen functioneren.

De doorbraak is te danken aan het gebruik van perovskiet. In tegenstelling tot traditionele siliciumcellen kan de samenstelling van perovskiet worden aangepast om beter af te stemmen op de specifieke golflengten van binnenlicht.

Het probleem van ‘traps’

Een grote uitdaging bij perovskiet is dat het kleine defecten in de kristalstructuur bevat – zogeheten traps. Deze defecten vangen elektronen weg, verstoren de elektrische stroom en versnellen de degradatie van het materiaal.

Het internationale team onder leiding van onderzoekers van University College London (UCL) wist dit te verhelpen met een mix van chemicaliën, waaronder rubidiumchloride en twee organische ammoniumzouten. Deze stoffen zorgen voor een gelijkmatigere kristalgroei, stabiliseren de ionen en verminderen de defectdichtheid.

“De zonnecel met deze kleine defecten is als een taart die in stukken is gesneden,” zegt Siming Huang, hoofdauteur van de studie, die werd gepubliceerd in Advanced Functional Materials. “Door onze aanpak hebben we die taart weer in elkaar gezet, zodat de lading zich veel beter kan verplaatsen.”

Recordrendement bij kantoorlicht

De cellen zetten 37,6% van binnenlicht (bij 1000 lux, vergelijkbaar met een goed verlichte kantoorruimte) om in elektriciteit – een wereldrecord voor dit type zonnecel met een bandgap van 1,75 eV. Dat is ongeveer zes keer efficiënter dan de beste commercieel beschikbare binnensolarcellen.

Ook de duurzaamheid is verbeterd. Na 100 dagen behielden de cellen 92% van hun oorspronkelijke prestaties (tegenover 76% bij een controlegroep). Ook na een zware test van 300 uur continu fel licht bij 55 °C presteerden de nieuwe cellen significant beter.

Duurzame alternatieven voor batterijen

Volgens senior auteur Mojtaba Abdi Jalebi ligt er een enorme kans: “Miljarden apparaten die weinig energie verbruiken zijn afhankelijk van batterijen – een onhoudbare praktijk. Onze speciaal ontworpen perovskietcellen kunnen veel meer energie oogsten uit binnenlicht en zijn bovendien duurzamer. Dit kan de weg vrijmaken voor elektronica die volledig wordt gevoed door het omgevingslicht dat we toch al gebruiken.”

Een bijkomend voordeel: de zonnecellen zijn goedkoop, omdat ze gebruikmaken van overvloedige grondstoffen en eenvoudig te produceren zijn. In principe kunnen ze zelfs met een druktechniek worden gemaakt die vergelijkbaar is met krantenprinten.

Opschalen

Het onderzoeksteam, met partners uit het VK, China en Zwitserland, werkt inmiddels samen met industriële partijen om opschaling en commerciële toepassing te verkennen.