Onderzoeker TU Eindhoven ontdekt nieuwe manier om zonnecellen van perovskiet stabieler te maken

Jiang promoveert deze maand op het onderwerp aan de faculteit Toegepaste Natuurkunde van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e).

Fragiel materiaal
Perovskiet wordt wereldwijd door wetenschappers als een veelbelovend materiaal gezien voor de zonnepanelen van de toekomst. Groot voordeel is dat het materiaal veel goedkoper is dan de huidige generatie zonnecellen van silicium. Toch laat de commerciële verkoop nog even op zich wachten. ‘Perovskiet heeft een vrij zachte structuur die gemakkelijk in een andere fase overgaat’, duidt Jiang.’ Hij zocht daarom naar een manier om de relatief goedkope zonnecellen van perovskiet stabieler en daarmee nog efficiënter te maken.

‘Perovskiet is heel geschikt als materiaal om toe te passen in zonnecellen. Het vangt zonnecellen heel effectief’, duidt Jiang. ‘Maar het is door de zachte structuur en de verschillende fasen waar het in over kan gaan ook een enorm lastig materiaal om stabiel te krijgen.’

Koken
Die stabiliteit is echter wel nodig om ervoor te zorgen dat het materiaal rendabel wordt. Want alleen dan wordt het mogelijk om goedkoop en op grote schaal zonnecellen van perovskiet te maken. Alleen, hoe ontdek je vervolgens hoe zo’n fragiel materiaal stabiel blijft? ‘Je kunt het een beetje vergelijken met koken’, duidt Jiang. ‘Als je een ingewikkeld gerecht wilt maken, dan kijk je ook hoeveel zout of azijn je nodig hebt om ervoor te zorgen dat het lekker wordt en niet uit elkaar valt. Dat is bij perovskiet niet anders: ook daar meng je verschillende materialen door elkaar om de sterkste verbinding te ontdekken.’

De TU/e-onderzoeker heeft geprobeerd het perfecte ‘recept’ te ontleden en zo de theorie te snappen wat maakt dat perovskiet stabiel blijft en zo efficiënt mogelijk wordt. ‘Er is eerder al veel met het materiaal geëxperimenteerd, maar wat er nu precies met perovskiet gebeurt tijdens al die experimenten was onduidelijk. En dat wil je wel weten. Ik heb daarom berekeningen uitgevoerd om op moleculair en atomair niveau te begrijpen wat er zich in het materiaal afspeelt tijdens het mengen. Dit om de theorie van de praktijk te ontleden en een fundamenteel begrip van het materiaal te krijgen.’

Ideaal bindmiddel
Zo ontdekte hij dat zogenaamde RbyCs1-ySn(BrxI1-x)3 perovskieten veelbelovende kandidaten zijn voor toepassingen in zonnecellen als men een redelijke hoeveelheid rubidium en broom inbrengt. Ook ontdekte hij dat door natrium als bindmiddel aan zogenaamde CsSn0,6Pb0,4I3 perovskiet quantum dots toe te voegen, dit het materiaal sterker en efficiënter maakt. De TU/e-onderzoeker deed alle berekeningen, een lab in Japan voerde de experimenten uit om te kijken of het in de praktijk ook werkte. ‘Toen bleek dat het materiaal met boost de efficiëntie verhoogde. Maar het is nog niet genoeg, want je wilt natuurlijk dat het nog hoger wordt. Maar dit is de eerste stap in die richting.’