Nieuwe productiemethode moet leiden tot recordefficiëntie perovskiet zonnecellen

Perovskiet is een anorganisch-organische hybride verbinding die uitstekende eigenschappen vertoont voor gebruik in zonnecellen. In de afgelopen jaren hebben zonnecellen op basis van een enkele perovskiet laag in recordtempo een rendement van meer dan 25 procent bereikt, wat vergelijkbaar is met conventionele zonneceltechnologieën.

Multi-junctionzonnecel
In vergelijking met traditionele materialen heeft perovskiet veel voordelen, zoals het feit dat het lichtgewicht en goedkoop is. Bovendien kan het worden gemaakt van oplossingsmengsels of inkt, zoals die voor het drukken van kranten. Deze inkt kan dan gebruikt worden om het oppervlak van een substraat te bedekken met een laag die slechts honderden nanometers dik is. Met deze oplossingen wordt het hierdoor eenvoudiger om zonnepanelen voor grote oppervlakten te produceren.

Interessant is dat men hoogwaardige perovskiet materialen die verschillende kleuren zonlicht absorberen krijgt door de chemische samenstelling van de perovskiet laag te veranderen. Daarom biedt het stapelen van verschillende perovskiet materialen die verschillende kleuren kunnen absorberen in één apparaat, een zogeheten multi-junctionzonnecel van perovskiet, een manier om de efficiëntielimiet te doorbreken tegen lage fabricagekosten.

Uitdagingen
De productie van dergelijke zonnecellen is geen sinecure, aangezien de verschillende materiaallagen op elkaar moeten worden gelegd en tegelijkertijd bij elkaar moeten passen.  Elk perovskiet materiaal vereist een bepaalde strategie om tot hoge prestaties te komen, en dit brengt enorme uitdagingen met zich mee op het gebied van productie. Bovendien, aangezien alle perovskiet lagen op basis van oplossingen worden gemaakt, kan de plaatsing van het ene perovskiet materiaal op het andere de onderliggende laag beschadigen en het rendement van de zonnecellen verlagen.

In zijn onderzoek demonstreert Wang samen met zijn collega's van de groep Molecular Materials and Nanosystems van de faculteit Applied Physics/faculteit Chemical Engineering & Chemistry een eenvoudige, maar effectieve productie- en integratiemethode voor 3 verschillende perovskiet lagen.

Problemen aanpakken
Deze nieuwe methode pakt problemen aan bij de productie van multi-junctionzonnecellen van perovskiet en is geschikt voor toekomstige grootschalige productiemethoden. De onderzoekers ontwierpen en implementeerden ook een robuuste verbindingslaag die in staat is om de integriteit van alle perovskiet lagen te behouden tijdens de afzetting van de ene laag op de andere laag.

In een ‘proof-of-concept’-zonnecel resulteerde de combinatie van 3 verschillende perovskiet materialen in een omzettingsefficiëntie van 16,8 procent. Met de verdere ontwikkeling van individuele perovskiet materialen kan de strategie die tijdens het promotieonderzoek van Wang is ontwikkeld, het rendement mogelijk verhogen tot boven de 35 procent. Een deel van de resultaten van het promotieonderzoek van Wang is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.