Goed nieuws voor de verduurzaming van de energie. Perovskiet, een goedkope en efficiënte grondstof voor zonnecellen, kan stabieler worden gemaakt. Dat maakt het materiaal beter bestand tegen zonlicht.  

Perovskiet is een veelbelovend materiaal om in zonnepanelen te gebruiken. Zonnecellen van perovskiet zijn goedkoop, makkelijk te produceren en hebben een hoog rendement. Hierdoor is het een goede concurrent van het tot nu toe meest gebruikte silicium. Het grote probleem is echter dat perovskiet niet stabiel is, waardoor de kwaliteit van de zonnecellen onder invloed van zonlicht achteruitgaat.

Maar daar valt wel wat aan te doen, schrijft Junke Jiang van de Technische Universiteit Eindhoven in het proefschrift waarop hij donderdag 14 oktober promoveerde.

 

Perovskietenfamilie

Of een materiaal onder de perovskieten valt, hangt af van de kristalstructuur. Die bestaat uit een combinatie van kubussen en achtvlakken. De perovskietenfamilie is genoemd naar het mineraal perovskiet (de calciumtitaniumoxide CaTiO3).  

De reden dat perovskiet niet erg stabiel is, is dat het zacht is en makkelijk overgaat in een andere fase. Onder invloed van zonlicht treedt in het materiaal een ontmengingsproces op. Dat komt doordat de binnenkomende fotonen ladingdragers (zoals elektronen) creëren, die de neiging hebben samen te klonteren.

 

Bindmiddel

In sommige gevallen is dat te verhelpen door een extra stofje door het perovskiet te mengen, schrijft Jiang. Wat het beste bindmiddel is, hangt af van het type perovskiet. In sommige gevallen werkt het inbrengen van extra rubidium en broom goed, in andere gevallen is natrium een betere optie.

 

Modellen

Jiang kwam tot zijn conclusies door mogelijke wijzigingen in de samenstelling van perovskiet op molecuulschaal met computermodellen te analyseren. Een laboratorium in Japan testte vervolgens uit of de theoretische perovskiet-versterkers ook in de praktijk stabiliserend werkten. Dat bleek inderdaad het geval. Sterker nog: de versterkte materialen waren tevens efficiënter in het omzetten van zonlicht naar energie.  De opbrengst van de zonnecellen viel dus wat hoger uit als er bindmiddel doorheen zat.

 

Nog even geduld

Het zal nog wel even duren voor de nieuwe bevindingen in echte zonnecellen worden toegepast, denkt Jiang. 'Ik heb op basis van de theorie als het ware een recept gemaakt. Het is nu aan de experimentele onderzoekers om dat uit te proberen, verder te verfijnen en het zo aan te passen dat het ook buiten het lab werkt.' Als het meezit is het ideale recept er over een jaar of vijf, denkt Jiang. Daarna zou het nog een paar jaar kosten voor het in zonnepanelen kan worden toegepast.    

  

Ook kalium heeft een gunstig effect op de werking en stabiliteit van perovskiet, schreef De Ingenieur al eerder. Tevens vonden onderzoekers – ook van de Technische Universiteit Eindhoven – al oplossingen voor de gevoeligheid van perovskiet voor vocht.

 

Openingsbeeld: Perovskietstructuur. Credits: Solid State, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0