De opbouw van de ‘dubbelcel’ (perovskiet/silicium). Het perovskiet schijnt de zwarte laag te zijn (afb: F. Lang HZB)
Onderzoekers van het Helmholtz-centrum in Berlijn hebben een proces ontwikkeld om de kwetsbare perovskietlagen te bedekken met grafeen als contactmateriaal. In combinatie met silicium zou deze meerlaagse zonnecel een groter deel van het zonnespectrum omzetten in elektrische energie.
De onderzoekers van het Helmholtz-centrum in Berlijn zouden al veel ervaring hebben met ‘dubbelcellen’. Een goede ‘partner’ voor het gebruikelijke silicium van zonnecellen is perovskiet (calciumtitanaat oftewel CaTiO3). Het is echter buitengewoon lastig perovskiet te voorzien van een doorzichtig elektrisch contact. Bij siliciumcellen is dat materiaal indiumtinoxide en dat wordt op het silicium gespoten. Dat zou de organische delen van een perovskietcel vernielen.
Norbert Nickel en medewerkers bedachten daarvoor een oplossing. De onderzoekers ontwikkelden een proces om de perovskietlaag te bedekken met grafeen, dat bestaat uit louter koolstofatomen in een tweedimensionale structuur, dat goed geleidt en doorzichtig is.
In een eerste stap lieten de onderzoekers het grafeen groeien op een koperlaag in een methaanatmosfeer bij 1000°C. Vervolgens werd het grafeen bedekt met een beschermende polymeerlaag, om te voorkomen dat het breekt. Daarna wordt het koper weggeëtst, zodat het grafeen op de perovskietlaag kan worden aangebracht. “Dat gebeurt normaal in water. De grafeenfolie drijft op water en wordt daar door de perovskietcel als het ware uit gevist, maar dat werkte hier niet omdat perovskiet wordt aangetast door vocht”, zegt medeonderzoeker Marc Gluba. De onderzoekers moesten dus op zoek naar een andere vloeistof. Die hebben ze kennelijk gevonden, maar wordt niet vermeld in het persbericht.
Grafeen schijnt het ideale elektrische contactmateriaal te zijn op zonnecellen. Het laat het zonlicht in zijn geheel door, maar het belangrijkste is dat met grafeen er geen spanningsverliezen ontstaan zoals bij indiumtinoxide. Daardoor gaat het totale rendement van de zonnecel omhoog. Nickel: “Dit is een relatief makkelijk en goedkoop proces.”
Bron: EurekAlert