Perovskites
02.03.2022

Veelbelovende stappen gezet in perovskiet zonnecellen: organische bouwstenen zorgen voor veel meer stabiliteit

Binnen de EnergyVille-samenwerking zijn onderzoekers van imo-imomec (imec/UHasselt) erin geslaagd organische bouwstenen te integreren in perovskietzonnecellen, waardoor zowel de thermische als de vochtstabiliteit van het materiaal aanzienlijk wordt verbeterd. Perovskiet is een veelbelovend materiaal om dunne, goedkope en zeer efficiënte zonnecellen te realiseren, maar het is ook zeer onstabiel. “Met dit onderzoek zetten we een veelbelovende stap naar een brede toepassing van perovskiet in vele toepassingen,” zegt Prof. Dirk Vanderzande, hoofd van de onderzoeksgroep Hybrid Materials Design.

In 2009 werd het materiaal perovskiet voor het eerst gebruikt als zonnecel. Het behaalde toen een energieopbrengst van amper 3,9 procent. Een paar jaar later was dat al bijna 26 procent. Het materiaal haalde daarmee hetzelfde rendement als de silicium zonnecellen die inmiddels tot de standaard op onze daken waren gaan behoren. En dat terwijl perovskietzonnecellen honderden keren dunner zijn dan siliciumzonnecellen en dus veel goedkoper en duurzamer. “Perovskieten zijn een veelbelovend materiaal om in de toekomst silicium als zonnecel te vervangen. Er is alleen één groot probleem: perovskiet zonnecellen zijn extreem instabiel. Als je begint met een rendement van 26 procent, kan dat rendement niet veel later tot nul dalen. Vergelijkbaar met een vliegtuig dat opstijgt en geleidelijk neerstort wanneer het zijn hoogte heeft bereikt,” zegt Prof. Dirk Vanderzande.

 

Perovskites

Stabiel gedurende meer dan 5 maanden

Perovskieten zijn zouten, dus bij contact met vocht absorberen ze water en vallen ze gemiddeld na 1 tot 3 dagen uiteen als de perovskiet niet is ingekapseld in een beschermende laag. De onderzoeksgroep Hybrid Materials Design van imo-imomec, het geïntegreerde onderzoeksinstituut van de Universiteit Hasselt en imec, werkt binnen het EnergyVille-samenwerkingsverband al jaren aan manieren om perovskieten stabieler te maken, zodat ze effectief en op grote schaal kunnen worden gebruikt als zonnecellen of in andere toepassingen zoals leds, fotodetectoren of transistoren.

Zij ontwikkelen organische bouwstenen die in de structuur kunnen worden ingebouwd. “Hierdoor kunnen we een zogenaamde 2D-perovskiet maken die bestand is tegen zowel vocht als een temperatuur tot 230 graden. Door onze organische bouwstenen aan de perovskiet toe te voegen, maken we het materiaal van binnenuit stabieler. De beste resultaten in ons lab tonen aan dat ons materiaal zelfs onder een luchtvochtigheid van 77 procent al 5 maanden stabiel is (zonder extra bescherming), en dat blijft stijgen,” zegt doctoraatsonderzoeker Paul-Henry Denis.

Toekomst

Er is nog heel wat onderzoek nodig voor perovskieten op grote schaal kunnen worden gebruikt in allerlei toepassingen. “Onze strategie van het toevoegen van organische bouwstenen is zeer veelzijdig,” zegt postdoctoraal onderzoeker Wouter Van Gompel. De eigenschappen van de organische bouwstenen die we gebruiken, kunnen nog verder geoptimaliseerd worden door hun moleculaire structuur aan te passen op basis van wat we tot nu toe geleerd hebben. We verwachten dat er op die manier nog winst te behalen valt op het vlak van stabiliteit en efficiëntie.”

“En er is nog veel meer mogelijk”, zegt promovendus Martijn Mertens. “Onze organische bouwstenen verbeteren de interne stabiliteit van het perovskietmateriaal. Nu kun je externe manieren bedenken om de stabiliteit van perovskietzonnecellen nog extra te verbeteren. Bijvoorbeeld door te werken met coatings en beschermlagen aan de buitenkant van het materiaal, zodat je nog meer en heel specifieke externe stressfactoren kunt elimineren. De toekomst is aan perovskiet, daar zijn we als onderzoeksgroep van overtuigd.”

Dit onderzoek kreeg financiële steun van FWO en BOF.

Bron: Promising steps taken in perovskite solar cells: organic building blocks provide much more stability. (2022, 2 maart). EnergyVille., van https://www.energyville.be/en/news-events/promising-steps-taken-perovskite-solar-cells-organic-building-blocks-provide-much-more

Wij maken gebruik van cookies of gelijkaardige technologieën (bv. pixels of sociale media plug-ins) om o.a. uw gebruikservaring op onze website zo optimaal mogelijk te maken. Daarnaast wensen wij analyserende en marketing cookies te gebruiken om uw websitebezoek persoonlijker te maken, gerichte advertenties naar u te verzenden en om ons meer inzicht te geven in uw gebruik van onze website.

Gaat u ermee akkoord dat we cookies gebruiken voor een optimale websitebeleving, opdat wij onze website kunnen verbeteren en om u te kunnen verrassen met advertenties? Bevestig dan met "OK".

Wenst u daarentegen specifieke voorkeuren in te stellen voor verschillende soorten cookies? Dat kan via onze cookie policy. Wenst u meer uitleg over ons gebruik van cookies of hoe u cookies kan verwijderen? Lees dan onze cookie policy.