ENGINEERINGNET.BE - dr. ir. Bert Conings, FWO-onderzoeker aan het Instituut voor Materiaalonderzoek (imo-imomec) van de UHasselt: “De zonnecel heeft een superieure lichtabsorptie, waardoor ze meer invallend zonlicht kan omzetten in elektrische stroom.”
Het onderzoek (uitgevoerd in samenwerking met de universiteiten van Oxford, Stanford en Washington)verscheen onlangs in ‘Science’.
Conings: “Tandemzonnecellen bestaan uit twee componenten/laagjes die elk een specifiek deel van het zonlicht kunnen absorberen. Het voordeel is dat ze samen een grotere portie van de energie die de zon instraalt, kunnen opnemen en met een minimum aan spanningsverlies kunnen omzetten naar elektrische energie.”
Bij het ontwikkelen van zo een tandemzonnecel focuste het onderzoeksteam op het gebruik van perovskiet in plaats van op het gebruikelijke silicium. Ten opzichte van de gevestigde zonneceltechnologieën zijn perovskietzonnecellen eenvoudiger te vervaardigen.
Het materiaal kan op lage temperatuur vanuit een soort inkt afgezet worden via coating of printing. Die laatste techniek is ook al bekend van de organische zonnecellen, maar kwam nog niet van de grond omwille van hun beperkte efficiëntie.
Nog een voordeel: fotovoltaïsche perovskieten nemen zo makkelijk zonlicht op dat je slechts een heel dunne laag nodig hebt, minstens 1.000 keer dunner dan bij een siliciumzonnecel. De materiaalkost ligt bovendien erg laag.
Imo-imomec-onderzoekers Bert Conings, Aslihan Babayigit en prof. dr. Hans-Gerd Boyen ontwikkelden gladde lagen uit perovskiet en onderzochten die met behulp van een zogenaamde ‘X-straal foto-elektronspectroscopie’.
Conings: “Daarbij schoten we met X-stralen elektronen los uit het perovskiet. Aan de hand van de snelheid van die losgeschoten elektronen konden we dan bepalen of die elektronen ‘trappen moeten lopen’ eens er licht op de zonnecel valt. Als dat zou gebeuren, dan zou er een deel verloren gaan van de geabsorbeerde energie van het zonlicht die de elektronen transporteren. En dat is slecht voor het maximale rendement.”
Samen met de collega-onderzoekers van de universiteiten van Oxford, Stanford en Washington slaagden ze er uiteindelijk in om een tandemzonnecel te vervaardigen waarvan beide delen uit perovskiet bestaan.
Aslihan Babayigit: “Beide delen zijn geoptimaliseerd voor een zo hoog mogelijke lichtabsorptie van een complementair deel van het zonnespectrum. Dat levert een totale efficiëntie van meer dan 20% op. Het is minder dan de 22% van enkelvoudige zonnecellen, maar gezien de ingewikkelde laagopbouw van een tandem en de technische uitdagingen die ermee gepaard gaan, een zeer hoopvol resultaat.”
De onderzoekers zullen nu werken aan het verder optrekken van de efficiëntie van de perovskieten tandemzonnecel.
Conings. “Ook de samenstelling van het perovskiet kan verbeterd worden, moeten we verder kijken naar hoe we het materiaal minder gevoelig maken voor vochtigheid en bij voorkeur loodvrije varianten ontwikkelen.”
