Tandpasta voor nieuwe zonnecellen

Om het perovskiet beter te beschermen tegen aftakeling, brachten de onderzoekers er een beschermend laagje van fluoride op aan. Opmerkelijk genoeg lijkt dat laagje op de manier waarop tandpasta werkt. Tijdens het tandenpoetsen breng je een dun laagje fluoride aan, dat ervoor zorgt dat je glazuur sterk blijft. Op grofweg dezelfde manier beschermt de fluoride ook het perovskiet. De wetenschappers bedachten dus een soort tandpasta voor nieuwe zonnecellen.

Sterke binding

Ze worden nu nog vooral van silicium gemaakt. Maar perovskiet is een interessant alternatief. Het is goedkoper dan silicium en absorbeert uitstekend zonlicht. Het heeft alleen nog een groot nadeel: dat het snel degradeert in zonlicht en dus niet lang meegaat.

“De organische moleculen ontsnappen dan via het oppervlak, waardoor de kristalstructuur verdwijnt die nodig is om zonlicht op te nemen. Het materiaal wordt daardoor waardeloos”, zegt hoogleraar Geert Brocks van de faculteit Technische Natuurkunde (TU Eindhoven). Hij deed het onderzoek samen met collega Shuxia Tao en wetenschappers van de universiteiten van Peking en Twente.

Om het perovskiet goed te beschermen testten de onderzoekers allerlei materialen, waaronder fluoride dat als beste uit de bus kwam. “Deze fluor-ionen zijn heel klein. Ze maken daardoor een sterke binding met hun omgeving en dus ook als je het op perovskiet aanbrengt. Zo vormen ze een beschermlaag en kunnen de organische moleculen van het perovskiet niet meer ontsnappen aan het oppervlak. De kristalstructuur blijft in stand en het materiaal absorbeert daardoor goed zonlicht”, zegt Brocks.

Beschermlaag

De wetenschappers lieten al zien dat het materiaal na duizend uur blootstelling aan extreme omstandigheden nog negentig procent van het rendement behoudt. Dat klinkt mooi, maar het geeft ook direct aan dat het nog wel even duurt voordat perovskiet in zonnecellen wordt toegepast. Want zonnepanelen moeten veel langer dan duizend uur meegaan. Ondanks de beschermlaag is de levensduur van het materiaal nog steeds niet lang genoeg.

“Wereldwijd werken veel onderzoekers aan het oplossen van dit probleem”, weet Brocks. “De degradatie van het materiaal komt door de chemie. Het is vrij zacht, wat als voordeel heeft dat het makkelijk te maken is. Maar er kleeft ook een nadeel aan: dat het snel verstoord raakt. Daarom proberen wetenschappers het sterker te maken, bijvoorbeeld door ionen erdoorheen te mixen of een beschermlaag te maken zonder dat de geleidende eigenschappen verloren gaan.”

Tandemcel

Het kan zomaar nog tien tot vijftien jaar duren voordat het mogelijk is om zonnepanelen met perovskiet erin op je huis te plaatsen. Een andere mogelijkheid is om een zogeheten tandemcel te maken, waarbij je perovskiet en silicium combineert. “Perovskiet absorbeert het zonlicht heel goed, daar gebruik je een dun laagje van. Het silicium pas je vervolgens toe om de efficiëntie van de zonnecel nog groter te maken. Zo gebruik je het beste van beide. Maar het is nog wel de vraag of je dit kosteneffectief op grote schaal kunt doen”, zegt Tao.

De wetenschappers willen graag verder om beschermlagen voor perovskiet te onderzoeken. “Dat fluoride zo goed zou werken, hadden we eerlijk gezegd van te voren niet gedacht”, aldus Brocks. “Andere materialen lagen meer voor de hand als beschermlaag, omdat we verwachtten dat ze een betere interactie met perovskiet aan zouden gaan. Ons onderzoek laat zien dat je ook moet onderzoeken wat niet direct voor de hand ligt, want daar boek je soms de beste resultaten mee.”