NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-130-op-weg-naar-stabiele-hybride-perovskiet-zonnecellen/

Geprint op :
19 december 2018
15:30:29

Hybride perovskieten worden momenteel beschouwd als een van de meest belovende nieuwe materialen voor zonnecellen. Een team onderzoekers in Groningen heeft met behulp van het gefunctionaliseerd fullereen PTEG-1 een belangrijke stap voorwaarts gezet naar stabiele hybride perovskiet zonnecellen.

Hybride perovskieten zijn veelbelovend omdat ze zonlicht sterk en breed absorberen en er vervolgens efficient vrijwel ongebonden en zeer mobiele elektrische ladingen worden gevormd. Ook zijn ze makkelijk te maken, door het indrogen van een oplossing. De afgelopen vijf jaar is veel onderzoek gedaan om de vermogensomzetting van hybride perovskiet zonnecellen efficienter te maken. Daarvoor is gewerkt aan filmgroei, het optimaliseren van interfacelagen en het verbeteren van de structuur van het device. Dat heeft geleid tot een recordwaarde voor de vermogensomzetting van meer dan twintig procent 1). Om van hybride perovskiet zonnecellen een levensvatbare technologie te maken moeten nog verscheidene grote problemen worden opgelost, zoals het vreemde gedrag bij varierende belasting van de zonnecel en de effecten van lichtverzadiging.

Grotere diëlektrische constante
De Groningse onderzoekers hebben specifiek gewerkt aan de verbetering van de laag (EEL) die op de perovskietlaag wordt aangebracht en die de elektronen selectief oppakt. In plaats van het meestal gebruikte fullereen [60]PCBM namen ze het binnen het team speciaal ontwikkelde fullereen PTEG-1. Het verschil tussen [60] PCBM en PTEG-1 zit in de dielektrische constante. Die van PTEG-1 is beduidend hoger. Dat zorgt voor een veel betere opname van de elektronen vanuit de perovskietlaag naar de fullereenlaag. Het resultaat is spectaculair: hybride perovskiet zonnecellen met de PTEG-1 laag halen een rendement van 15,7 procent aan vermogensomzetting tegen 11,7 procent met [60]PCBM. 2)

Lichtverzadigingeffecten worden verwaarloosbaar
Misschien nog belangrijker is dat bij gebruik van PTEG-1 als EEL het effect van lichtverzadiging te verwaarlozen is, terwijl die bij toepassing van [60]PCBM heel sterk is. Met optische spectroscopie was te zien dat plekken aan het oppervlak waar elektronen worden afgeremd of tegengehouden een dominante rol spelen in het lichtverzadigingseffect. Dit verslechterde de prestaties van hybride perovskiet zonnecel. De hogere dielektrische constante van PTEG-1 leidt tot minder recombinatie van vrije elektronen met elektronvallen in de extractielaag. Daardoor worden meer ladingen opgepakt en neemt het licht-verzadigingseffect af.

Publicaties
1) M.A. Loi & J.C. Hummelen, Nature Materials, 12, 1087 (2013).
2) S. Shao, M. Abdu-Aguye, J. Liu, L. Qiu, S. Adjokatse, F. Jahani, M. E. Kamminga, G. ten Brink, T.T.M. Palstra, J.C. Hummelen, B.J. Kooi, L. J. A. Koster, M.A. Loi (in preparation).