Trage ‘hete elektronen’ verbeteren efficiëntie zonnecellen

Zonnepanelen zijn nogal veeleisend. Fotonen moeten precies de juiste hoeveelheid energie hebben om te worden omgezet in de vrije elektronen die voor elektrische spanning zorgen. Bij te weinig energie vliegen ze dwars door de zonnecel heen; bij een overschot verdwijnt de extra energie als warmte. Dat laatste gebeurt door de productie van hete (hoogenergetische) elektronen.

Perovskiet

Maria Antonietta Loi werkt aan zonnecellen van organisch/anorganisch hybride perovskiet. Perovskieten zijn vernoemd naar een mineraal met de chemische formule ABX3. In de X positie bevinden zich (negatieve) anionen die een achthoek vormen, terwijl in de A positie kationen (positief) een kubus vormen rond de achthoek. In het centrum bevindt zich ook een kation, de B positie. Bij hybride perovskieten bevindt zich in de A positie een organische kation.

Tin in plaats van lood

De meeste zonnecellen op basis van perovskiet bevatten ook lood. Omdat dat giftig is, onderzocht de groep van Loi een hybride perovskiet zonnecel met tin. Daarbij zagen de onderzoekers iets dat alleen te verklaren is als de hete elektronen hun extra energie ongeveer duizend keer trager afgeven dan gebruikelijk.

Twee keer zo efficiënt

"De hete elektronen verloren de extra energie na enkele nanoseconden, in plaat van na een paar honderd femtoseconden. Dat maakt het mogelijk om de extra energie te oogsten voordat deze is omgezet in warmte. En dan kunnen we een hogere spanning produceren in de zonnecel." Volgens Loi kan de maximale efficiëntie van 33 naar 66% gaan.

De volgende stap is uitzoeken waarom het verval is vertraagd. Als we dat weten, is het wellicht mogelijk om gericht nieuwe perovskieten te ontwerpen die dat verval nog sterker vertragen.