ENGINEERINGNET.BE - Perovskietzonnepanelen zijn meestal gemaakt van halogenideverbindingen, een combinatie van organische materialen zoals methylammonium of formamidinium, metaal en halogeniden zoals bromide of jodide.
Het nieuwe onderzoek is toegespitst op vijf populaire halogenideverbindingen met bromide en jodide. Juist deze combinatie werkt erg goed, omdat je daarmee de zogeheten ‘verboden zone’, ofwel de minimale hoeveelheid fotonenergie die nodig is om in het materiaal elektra op te wekken, kan ‘finetunen’.
Maar zonlicht tast ook de stabiliteit van perovskietcellen aan. Peter Bobbert, hoogleraar aan de faculteit Applied Physics van TU Eindhoven: "De fotodragers die door de binnenkomende fotonen worden gecreëerd, hebben de neiging zich te verzamelen op plaatsen waar de verboden zone het kleinst is, in dit geval de jodide-rijke gebieden die spontaan in de verbinding ontstaan."
Dit brengt een kettingreactie op gang waarbij jodide ophoopt in de jodiderijke gebieden, en bromide wordt verdreven. De verbinding ‘ontmengt’ zo. Dit proces leidt ertoe dat de stroom producerende fotodragers vast komen te zitten in de kleine verboden zones, wat de efficiëntie van de cel belemmert.
Bobbert: "Aangeslaten fotodragers hebben de neiging zich te verplaatsen naar gebieden waar hun vrije energie het laagst is, in dit geval de gebieden met de kleinste verboden zone."
"Door dit proces te analyseren, konden we voor elke verbinding stabiele, metastabiele en onstabiele gebieden onderscheiden, afhankelijk van de temperatuur, de lichtomstandigheden en de bromide-concentratie".
Dit biedt uitzicht op mogelijke oplossingen voor het probleem van ontmenging, zoals het veranderen van de hoeveelheid bromide in de verbinding.
"Op basis van onze berekeningen kun je precies voorspellen hoeveel bromide je aan de verbinding kunt toevoegen om de verboden zone te vergroten zonder dat de verbinding onstabiel wordt," zegt Bobbert.
Een zonnecel van cesium-lood is bijvoorbeeld stabiel tot 42% bromideconcentratieonder normale temperatuur- en zonlichtomstandigheden. Dit zou een maximale verboden zone van 1,94 eV moeten garanderen, ruim voldoende voor de toplaag in een efficiënte tandem-zonnecel.
Volgens de onderzoekers is de theorie toepasbaar op andere halfgeleidermaterialen, waarbij de verboden zone wordt afgestemd door het gebruik van speciale legeringen, en op gevallen die nog niet zijn onderzocht, zoals veranderingen in de verboden zone als gevolg van rek.
(figuur: TU Eindhoven)
