Perovskiet zonnecellen doorstaan de test

(BUSINESS WIRE) -- Terwijl wereldwijde megatrends voor duurzaamheid en schone energie impact hebben op hoe we energiestrategieën benaderen in de richting van een groenere toekomst voor de planeet, zijn hernieuwbare technologieën zoals wind en zon toonaangevende aandachtsgebieden voor onderzoek. Op het gebied van de solartechnologie heeft het opkomende veld van de perovskiet zonnecellen (PSC's) in de laatste 15 jaar aan populariteit gewonnen.

In een veld dat gedomineerd wordt door silicium zonnecellen moet de relatief nieuwe technologie van de perovskiet zonnecellen echter naast het bieden van zeer krachtige conversie-efficiëntie (power conversion efficiencies, PCE's) ook tegemoet komen aan twee andere cruciale vereisten om succesvol te zijn op de markt: stabiliteit en schaalbaarheid.

In een recent gepubliceerde paper van Science, hebben onderzoekers van KAUST een significante mijlpaal gemeld door de allereerste succesvolle PV damp-heat-test (vochtige-hittetest) van PSC's.

De damp-heattest is een versnelde en zorgvuldige omgevingstest voor veroudering die bestemd is voor het vaststellen van het vermogen van zonnepanelen om weerstand te bieden aan langdurige blootstelling aan hoge vochtpenetratie en verhoogde temperaturen. De test had een duur van 1000 uur in een gecontroleerde omgeving met een vochtigheidspercentage van 85% en 85 graden Celcius. Het doel is om meerdere jaren van blootstelling aan de omstandigheden buiten te repliceren en factoren zoals corrosie en delamineren te evalueren.

Geslaagd voor de test

De robuustheid van de test is in lijn met de commercialiseringsvereisten van fotovoltaïsche (PV) technologie die 25 tot 30 jaar garantie voor conventionele crystallijn siliciummodulen nodig heeft. Om voor de test te slagen, moet de zonnecel 95% van zijn eerste prestatie behouden.

Geleid door Randi Azmi, een postdoctoraal medewerker van het Stefaan De Wolf's KAUST fotovoltaïsch laboratorium, moest hun onderzoek een langdurige zwakte in ingekapselde PSC's overwinnen om pakkingslekkage te voorkomen. Deze kwetsbaarheid van 3D perovskiet film is wat de ongewenste infiltratie van atmoferische agentia toestaat en biedt beperkt herstellingsvermogen tegen hitte. De oplossing die door de onderzoekers van KAUST werd gevonden is de techniek en introductie van 2D-perovskiet passiveringslagen om tegelijkertijd de stroomconversie-efficiënties en de levensduur van de PSC's te verhogen.

Kunnen perovskieten silicium vervangen?

De specificiteit van perovskieten is dat het een dunne-filmtechnologie betreft. Net als het geval is bij conventionele zonnecellen zijn twee contacten gemaakt van specifieke soorten materiaal vereist. Het ene contact verzamelt elektronen en de functie van het andere is om positief geladen 'gaten' te verzamelen die de afwezigheid van elektronen representeren. Maar anders dan plakjes silicium kunnen perovskieten direct op een glassubstraat worden gecoat met gebruikmaking van een precursoroplossing. De oplossing is gemaakt met een oplosmiddel dat wordt gekristalliseerd naar een vaste toestand.

Een van de significantste voordelen is dat de precursormaterialen kunnen worden gemaakt zonder de noodzaak van dure faciliteiten en energie-intensieve omgevingen van meer dan 1000 graden, wat typerend is voor traditionele halfgeleiders als silicium.

“Het is een erg eenvoudige manier om zonnecellen te maken. Ook zijn de opto-elektronische eigenschappen, hoewel ze niet uniek zijn, uitstekend. Zij zijn gelijkwaardig aan zeer hoogkwalitatieve traditionele halfgeleiders. Dat is zeer opmerkelijk”, legde De Wolf uit. Door de samenstelling te veranderen, is het ook mogelijk de spectrale gevoeligheid af te stemmen over het gehele zonlichtspectrum van UV tot infrarood. Dit is zeer aantrekkelijk voor bepaalde toepassingen.

De resterende uitdaging, na prestatie en stabiliteit, is schaal. De meeste zonneceltoepassingen zijn gericht op een schaal van sectoren van openbare-voorzieningen evenals dakpanelen.

“De markt is gebaseerd op silicium en zal ten minste de volgende 20 jaar siliciumgebaseerd zijn”, aldus De Wolf. “We zijn dus voornamelijk gericht op het verbeteren van de prestatie van perovskiet zonnecellen om efficiëntere 'tandem'-oplossingen te bevorderen die traditioneel silicium en perovskiet combineren, waarbij de huidige bevindingen een aanzienlijke bijdrage zullen leveren bij het verhogen van de betrouwbaarheid van dergellijke perovskiet/silicium 'tandem'-zonnecellen”.

Deze bekendmaking is officieel geldend in de originele brontaal. Vertalingen zijn slechts als leeshulp bedoeld en moeten worden vergeleken met de tekst in de brontaal, die als enige rechtsgeldig is.