De nieuwe klasse NaBiS-alfgeleiders zou goede vooruitzichten hebben als zonnecelmateriaal (afb: Vela)
De weg naar de hel is geplaveid met goed voornemens. Daar lijkt het een beetje op: de weg naar een schone toekomst. Een van de ingrediënten zijn zonnecellen en daarbij scoren de perovskietcellen hoge ogen, maar hoe schoon is die toekomst met giftige of schaarser worden stoffen, zoals kobalt voor lithiumionbatterijen? Javier Vela van de universiteit van Iowa (VS) ging met twee van zijn promovendi op zoek naar schone alternatieven voor perovskieten en vonden die in natrium, bismuth en zwavel.
De halfgeleiders moesten net zo goed presteren als de giftige perovskieten, maar veilig, ruim voorhanden en (dus) goedkoop zijn. Vela: “Halfgeleiders heb je overal, toch? In computers in telefoons. Meestal gaat het om geavanceerde apparatuur. Als halfgeleiders al geen schaarse grondstoffen bevatten, dan zijn ze vaak giftig en erg duur.”
Scheikundige Vela richt zijn onderzoek op nanomaterialen. Tijdens een congres hoorde hij MIT-onderzoekers vertellen over mogelijke vervangers van perovskieten in halfgeleiders. Hij ging met twee van zijn promovendi, Bryan Rosales en Miles White, aan de slag. Hij richtte zich daarbij op natriumalternatieven. Het was handig dat hij net geld had gekregen van de nationale onderzoeksstichting in Amerika, de NSF.
Ze kwamen uit op een stof die natrium, bismuth en zwavel bevat. Natrium en zwavel zijn inderdaad elementen die ruim voorhanden zijn op aarde, maar dat is met bismuth niet het geval. Het vreemde is dat dat element een bijproduct van de winning van andere materialen is en, dus, goedkoop. De vraag is natuurlijk of dat zo blijft als de halfgeleiders van Vela een succes zouden worden.
Nieuwe klasse materialen
De onderzoekers noemen hun vinding meteen een nieuwe klasse halfgeleiders, milieuvriendelijk zijn en eigenschappen hebben die interessant zijn in de energieomzetting. Rosales werkt nu aan zonnecellen van dat nieuwe materiaal. Het zou natuurlijk interessanter zijn geweest als ze dat eerst gedaan hadden voor zijn ze hun onderzoeksresultaten publiceerden, maar die haastigheid is tegenwoordig in de wetenschappelijke wereld gemeengoed. Een ander zou maar met ‘jouw’ ideeën kunnen weglopen en bovendien eisen de unversiteiten publicaties. Dan publiceer je liever in drie keer stukjes dan in een keer goed.
Volgens Vela kunnen door aanpassing van de reactieomstandigheden en toevoeging van bepaalde stoffen de structuur van het materiaal en de grootte van de nanokristallen worden gevarieerd en daarmee de eigenschappen van het materiaal. Verschillende eigenschappen van de ‘nieuwe klasse’ halfgeleiders lijken erg geschikt voor toepassing in zonnecellen. Zo is de bandkloof ideaal voor zonnecellen (de bandkloof is de hoeveelheid energie die nodig is om een elektron te ‘bevrijden’. Het materiaal is ook stabiel ten opzichte van water en lucht. Dat is ook een prettige eigenschap voor zonnecelmateriaal. Of dat allemaal uitkomt zoals nu bedacht moeten we nog even afwachten. Wordt vervolgd. Overigens, hoe zit dat met siliciumcellen? Zijn die ook giftig?
Bron: EurekAlert