De groene facetten hebben een hoog energetisch rendement, de roodbruine een laag (afb: Lawrence Berkeley-lab)
Perovskietcellen, het is hier al vaker vertoond, worden gezien als de zonnecellen van de toekomst. Er zitten nog wel wat vlekjes aan dit magische zonnemateriaal, maar het het energetisch rendement gaat het crescendo. Onderzoek aan het Lawrence Berkeley-lab denken onderzoekers een geheim ontdekt te hebben waarmee dat rendement op te poken is tot 31%. De gemiddelde siliciumcel haakt af bij 25%. Nu nog een antwoord op de vraag: Hoe?
De beloftevolle perovskietcellen, die in principe goedkoop en eenvoudig te fabriceren zijn, startten hun zegetocht in 2009 met een becheiden rendement van 3%. Nu zit dat rendement op 22% en als de onderzoekers in Berkeley gelijk hebben dan komt dat binnenkort op 31%.
Met behulp van een atoomkrachtmicroscoop brachten de onderzoekers het oppervlak van het perovskiet in kaart. Het bleek dat het wat bobbelige oppervlak bestaat uit ‘korrels’ van zo’n 200 nm en elke korrel heeft verschillende facetten, zo’n beetje als een geslepen diamant.
Ze ontdekten ook dat het verschil in het fotovoltaïsch rendement te maken heeft met het die facetten op die korrels. Er waren slecht functionerende facetten naast uiterst efficiënte facetten die de theoretische rendementslimiet van 31% benaderden. “Als je het materiaal zo kan maken dat het alleen zeer rendabele facetten heeft, dan zou dat een grote sprong zijn in het rendement van perovskietcellen in de buurt van 31%”, zegt onderzoekster Sibel Leblebici.
Zij was op zoek naar een nieuw project en kwam, niet verrassend, uit op perovskieten. Op de afdeling kunstmatige fotosynthese van het lab waren ze bezig met het maken van dunne perovskietlagen en de mogelijkheden daarvan zonlicht en CO2 om te zetten in nuttige koolwaterstoffen. Ze maakten daarvoor zonnecellen bestaand uit methylammoniumloodjodide en analyseerden de mogelijkheden van het materiaal op macroschaal.
Ze maakten ook een stel onaffe cellen zonder een elektrodelaag brachten het oppervlak in kaart en maten de elektrische eigenschappen van het materiaal. Daarvoor gebruikten ze, zoals gezegd, een atoomkrachtmicroscoop.
Verrassing
Zo ontdekten ze de verschillen in stroomopbrengst in afhankelijkheid van de facetten op dezelfde korrel. “Dat was een grote verrassing”, zegt Sibels baas Alexander Weber-Bargioni. “Het is voor de eerste keer dat dat facetafhankelijke fotovoltaïsche rendement is aangetoond.”
In de praktijk fungeren die facetten als miljarden zonecelletjes, alle parallel geschakeld. Sommige cellen renderen uitstekend andere minder, waardoor het uiteindelijke rendement aan de lage kant is. Als het materiaal geoptimaliseerd zou kunnen worden dan zou het rendement kunnen worden opgevoerd. De vraag is nu natuurlijk: Hoe?
Bron: EurekAlert