Wetenschappers van onder meer de Universiteit van Cambridge stellen dat perovskieten efficiënter kunnen zijn als hun chemische samenstelling niet goed geordend is. Dat kan niet alleen betere zonnepanelen opleveren, maar ook het productieproces van perovskieten versimpelen.
Volgens de onderzoekers was de ontdekking dat het minder ordentelijk maken van de materialen juist een positief effect had, geheel onverwacht. "Het was fascinerend om te zien hoeveel licht we uit deze materialen konden krijgen in een scenario waarin we hadden verwacht dat ze vrij donker zouden zijn", zegt een onderzoeker.
Hun verbazing komt voort uit het feit dat het juist andersom werkt bij gekristalliseerd silicium, nog altijd het meest gebruikte materiaal voor de productie van zonnepanelen. Om met siliciumkristallen de beste energieconversie te bereiken, is een duur en tijdrovend proces nodig waarbij de siliciumatomen heel geordend en symmetrisch in een structuur moeten worden geplaatst. Oneffenheden, stof en vuil zijn daarbij ongewenst, anders kunnen de geladen deeltjes na het absorberen van de fotonen als het ware vast komen te zitten en gaat de energie verloren. Daardoor moet het materiaal in een cleanroom worden gemaakt.
Perovskieten zijn alternatieven voor silicium en kunnen bestaan uit allerlei mineralen. Het zijn zachte, kneedbare, kunstmatige kristallen die zonlicht in elektriciteit kunnen omzetten. Ze absorberen veel licht, kunnen de elektronen goed transporteren en zijn goedkoop om te maken. Zonnecellen op basis van perovskieten halen net als de cellen op basis van silicum een efficiëntie van ongeveer 25 procent, maar waarom deze relatief ruw verwerkte perovskieten zo goed werken, was tot nu toe niet bekend.
Volgens de onderzoekers leiden hun ruwe, meerlaagse, gemengde materialen tot een hogere efficiëntie, doordat er veel plekken zijn met verschillende chemische samenstellingen. Dat zou de ladingen min of meer vangen. Onderzoeker Sascha Feldmann zegt dat op deze manier als het ware bergen en dalen in energie worden gecreëerd, waarin de lading kan worden geconcentreerd. Dat maakt het volgens hem eenvoudiger om ze uit de zonnecel te halen en het zou efficiënter zijn om vanuit deze 'hotspots' licht te produceren in een led.
Volgens Feldmann zijn perovskieten de nieuwe klasse halfgeleiders die bij allerlei apparaten kunnen leiden tot een revolutie. Er is sprake van een zeer efficiënte emissie als de geladen deeltjes worden losgemaakt, door ze bloot te stellen aan energiebronnen als licht of een spanning in een led. Bij de fabricage werd tot nu toe getracht om de films homogener te maken, maar volgens Feldmann kan op basis van het onderzoek nu een simpel inkjetprintproces al tot betere resultaten leiden.
Het is overigens nog een uitdaging om de juiste fabricageomstandigheden te vinden voor de creatie van de optimale disbalans in de materialen, zodat de maximale efficiëntie wordt bereikt. Perovskieten zijn gevoelig voor vocht, dus daarop moet ook nog iets worden gevonden. Voorlopig is er ook nog wat werk nodig voordat dit onderzoek resulteert in zonnepanelen op basis van deze materialen die net zo duurzaam zijn als panelen met silicium. Overigens zegt Maria Loi, hoogleraar fotofysica en opto-elektronica aan de Rijksuniversiteit Groningen, tegen NRC dat uit nader onderzoek nog moet blijken of de efficiëntie van het perovskiet daadwerkelijk komt door de rommelige structuur of dat die haar oorzaak vindt in de samenstelling van het materiaal.
Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Photonics, onder de titel Photodoping through local charge carrier accumulation in alloyed hybrid perovskites for highly efficient luminescence.