Waterstofdefect remt prestaties nieuwe generatie zonnecellen

Ontwikkeling

nderzoekers van het The College of Engineering aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara (USBC) hebben ontdekt dat ontbrekende waterstofmoleculen het rendement van hybride perovskieten beperken.

Perovskiet zonnecellen bestaan uit een anorganisch-organische hybride verbinding die al langere tijd gezien wordt als veelbelovend. Ze kunnen net zo efficiënt worden als siliciumcellen, maar zijn goedkoper te produceren. In een combinatie met siliciumcellen (tandem) is de verwachting dat een rendement van boven de 30 procent mogelijk is.

Verlies aan efficiëntie
Tot op heden voldoen de perovskietstructuren nog niet aan die verwachtingen. Door verschillende researchinstellingen wordt er dan ook gekeken naar mogelijke oorzaken van het achterblijven van het rendement en het verbeteren van de efficiëntie en stabiliteit (waaronder in Nederland door TNO en Amolf). Defecten in het perovskietkristalrooster leiden tot energieverspreiding in de vorm van warmte, wat ze minder efficiënt maakt. Een aantal van deze defecten is ook al onderzocht, maar de onderzoeksgroep uit Santa Barbara onder leiding van professor Chris van der Walle keek naar het organische molecuul. De groep ontdekte dat waterstofmoleculen gemakkelijk loslaten.

“Methylammonium loodjodide is het prototype van hybride perovskiet,” legt hoofdonderzoeker Xie Zhang uit. “We ontdekten dat het verrassend eenvoudig is om een van de verbindingen te verbreken en een waterstofatoom op het methylammoniummolecuul te verwijderen. De resulterende ‘waterstofleegte’ fungeert dan als een gootsteen voor de elektrische ladingen die door het kristal bewegen nadat ze zijn gegenereerd door licht dat op de zonnecel valt. Wanneer deze ladingen vast komen te zitten in de lege ruimte, kunnen ze niet langer nuttig werk verrichten, zoals het opladen van een batterij of het aandrijven van een motor. Ziedaar het verlies aan efficiëntie.”

Betere prestaties
Perovskieten waarin de onderzoekers het methylammoniummolecuul vervingen door formamidinium leverden betere prestaties. Volgens de onderzoekers is formamidinium dan ook essentieel voor het realiseren van hoogefficiënte zonnecellen. “Op basis van deze fundamentele inzichten kunnen de wetenschappers die de materialen vervaardigen strategieën ontwikkelen om de schadelijke defecten te onderdrukken, waardoor de efficiëntie van zonnecellen nog verder kan worden verbeterd.”

Het laatste nieuws ontvangen?

Wil jij op de hoogte blijven van het laatste nieuws binnen jouw vakgebied? Schrijf je dan in voor onze nieuwsbrief!

Inschrijven

Polanski & Partners gebruikt cookies om bepaalde voorkeuren te onthouden en vacatures af te stemmen op je interesses.