Werken aan perovskiet

Het wondermateriaal voor zonnecellen

Werken aan perovskiet: het wondermateriaal voor zonnecellen

Zonne-energie is een belangrijke pijler van de energietransitie. Het zonlicht dat op aarde schijnt, is in theorie meer dan voldoende om de hele wereld van duurzame energie te voorzien. In de praktijk hebben we er een flinke kluif aan om het zonlicht dat we op kunnen vangen een beetje rendabel om te zetten naar elektrische energie. Dankzij de grote interesse in - en de urgentie van - zonnecellen gaan de ontwikkelingen echter razendsnel.

Desondanks vereist productie van de meest gebruikte zonnecellen - die van kristallijn-silicium (c-Si) worden gemaakt - veel energie en gecontroleerde omstandigheden. Perovskiet, een nieuweling in de zonnecellenwereld, moet daar verandering in brengen. In dit artikel bekijken we de voor- en nadelen van perovskiet. Kan dit kwetsbare, maar veelbelovende ‘wondermateriaal’ voor een revolutie in de wereld van de zonnecellen zorgen? Welke obstakels moet het daarvoor overwinnen?

Zonnecellen (of PV-cellen) van perovskiet zijn goedkoper en gemakkelijker te produceren. Deze toepassing van het materiaal wordt pas tien jaar onderzocht, maar de technologie maakt een snelle ontwikkeling door. In 2009 zette een zonnecel van perovskiet licht om in elektriciteit, met een efficiëntie van slechts 3,8 procent. In 2016 was dat al 22 procent en inmiddels zit het rond de 25,5 procent, voor een oppervlak van 1 vierkante centimeter. Dat komt in de buurt van silicium, dat al decennia in ontwikkeling is. Daarbij gaat het nog wel om labresultaten; perovskiet-zonnecellen worden nog niet commercieel geproduceerd.

Overzicht van de NREL voor zonnecelefficiëntie. Uitleg over de grafiek staat op de website van de NREL.

Perovskiet-zonnecellen kun je produceren bij lage temperaturen, met bestaande dunnefilmtechnieken. Daarom kunnen ze – net als organische zonnecellen en in tegenstelling tot silicium-zonnecellen – gemakkelijk worden verwerkt in een dun, flexibel folie. Zo kunnen er bijvoorbeeld semi-transparante zonnecellen van worden gemaakt, voor in ramen. De folie zou je ook kunnen aanbrengen op allerlei oppervlakken, van dakpannen en vangrails tot autodaken en zelfs bijzondere gebouwen met Gaudi-achtige krommingen. Dergelijke toepassingen zijn lastiger te realiseren met minder buigzame en relatief dikke silicium-zonnepanelen.

“We zien zonnecellen nu nog als louter functionele technologie”, zegt Maria Loi, hoogleraar fotofysica en opto-elektronica aan de Rijksuniversiteit Groningen. “Je legt ze op je dak om duurzame elektriciteit op te wekken, maar wilt ze liever niet zien. Ik denk dat we daar een omslag in moeten maken. Zonnecellen moeten iets moois worden dat kan worden meegenomen in een ontwerp. Daarvoor heb je zonnecellen nodig die breed kunnen worden toegepast en minder storend zijn in het straatbeeld.” Perovskiet kan daarbij helpen.

Het materiaal heeft echter ook nadelen. “Zo eenvoudig als het is om perovskiet-zonnecellen te produceren, zo makkelijk is het ook om ze kapot te maken”, zegt Loi. Hoge temperaturen, licht, vocht en andere omgevingsfactoren kunnen ervoor zorgen dat het materiaal degradeert en de efficiëntie keldert.

• Volgende pagina 2. Halfgeleiders in zonnecellen