Revolutie in zonne-energie: Perovskietcellen voor de toekomst!

Revolutie in zonne-energie: Perovskietcellen voor de toekomst!

Onderzoek naar nieuwe materialen voor fotovoltaïsche zonne-energie wint aan kracht. Perovskieten, die worden beschouwd als een kosteneffectief alternatief voor klassieke siliciumzonnecellen, zijn bijzonder veelbelovend. Deze bevindingen zijn afkomstig van onderzoekers van de Friedrich-Alexander Universiteit Erlangen-Neurenberg (FAU), die intensief werken aan de stroom van elektriciteit in perovskietmaterialen op de Neurenberg Energy Campus (EnCN). Perovskietcellen hebben het potentieel om een ​​revolutie in zonne-energie teweeg te brengen.

Perovskiet-zonnecellen hebben verschillende voordelen. De productie ervan is goedkoper in vergelijking met conventionele zonnecellen, die zijn gebaseerd op energie-intensieve siliciumhalfgeleiders. Ze behalen ook een hoog rendement van ruim 26 procent en vertonen een hoge tolerantie voor defecten. Dankzij deze eigenschap kunnen ze hun opto-elektronische eigenschappen behouden, zelfs als er defecten in de kristalstructuur aanwezig zijn. Het gebruik van lood als component in deze cellen is echter ook een duidelijk nadeel, omdat het risico's voor het milieu en de gezondheid met zich meebrengt.

Onderzoek naar stabiliteit op lange termijn

Een centraal onderwerp van het huidige onderzoek is de stabiliteit op lange termijn van perovskietzonnecellen. Een internationaal team onder leiding van prof. Antonio Abate heeft een onderzoek uitgevoerd om de effecten van extreme temperatuurcycli op deze materialen te onderzoeken. Het experimentele deel van het onderzoek omvatte temperatuurvariaties tussen -150 °C en +150 °C, waardoor het gedrag van de microstructuren en de interacties tussen de lagen van de cellen onder extreme omstandigheden werden gesimuleerd. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Nature Reviews Materials.

De onderzoekers ontdekten dat thermische spanning een cruciale rol speelt bij de afbraak van de metaalhalide-perovskieten. Deze cellen kunnen een efficiëntie tot wel 27 procent behalen, hoewel hun stabiliteit op lange termijn bij gebruik buitenshuis als twijfelachtig wordt beschouwd. Om economisch levensvatbaar te zijn, zouden zonnepanelen idealiter gedurende minstens 20 tot 30 jaar stabiele opbrengsten moeten opleveren.

Stappen die nodig zijn voor verbetering

Om de stabiliteit onder reële omstandigheden te verbeteren, ontwikkelen FAU-onderzoekers criteria voor defecttolerantie in halfgeleiderverbindingen. Het productieproces van perovskietcellen zou kunnen worden geoptimaliseerd door verbeteringen in de kristallijne kwaliteit en door geschikte bufferlagen. Gestandaardiseerde testprotocollen om de stabiliteit tijdens temperatuurveranderingen te bepalen zijn ook nodig om de uitdagingen van gebruik buitenshuis beter te begrijpen.

Samenvattend biedt onderzoek naar perovskieten een veelbelovend perspectief voor goedkope en duurzame zonnecellen die gemakkelijker kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen. Ondanks de uitdagingen, vooral met betrekking tot de stabiliteit op lange termijn en het loodgehalte, zou de gerichte verdere ontwikkeling van deze technologieën van cruciaal belang kunnen zijn voor de toekomstige richting van fotovoltaïsche zonne-energie. FAU-onderzoekers werken aan het maken van betrouwbare voorspellingen voor milieuvriendelijke materialen om oplossingen voor de lange termijn te vinden.