Waarom perovskiet zo populair is in de wereld van zonnetechnologie

'Perovskiet' is een woord dat je moet onthouden als je geïnteresseerd bent in fossielvrije, hernieuwbare energie. Britse wetenschappers in Oxford onderzoeken het gebruik van minuscule perovskiet zonnecellen in kleine elektrische apparaten. Verschillende onderzoeksinstituten rapporteren een efficiëntie van meer dan 26 procent voor perovskiet zonnecellen. 

Wat is perovskiet? 

Perovskiet verwijst naar een groep materialen met een specifieke kristalstructuur, genoemd naar het mineraal perovskiet dat in het Oeralgebergte werd ontdekt door de Russische wetenschapper Lev Perovski. Chemisch gezien bestaat perovskiet uit verbindingen die een combinatie zijn van organische moleculen, metalen (zoals lood of tin) en halogeniden (chloor, broom of jodium). 

Deze materialen zijn met name waardevol in de zonnetechnologie vanwege hun vermogen om licht efficiënt te absorberen en om te zetten in elektriciteit. Perovskiet is flexibel, licht en kan worden geproduceerd met minder energie-intensieve processen dan traditionele silicium zonnecellen, waardoor het een interessante kandidaat is voor de omzetting van zonne-energie. 

Aan de Linköping University in Zweden leidt prof. Feng Gao een dynamische onderzoeksgroep die zich richt op organische en perovskiet halfgeleiders. “Perovskiet materialen zijn een nieuwe generatie materialen voor zonnecellen. Ze zijn goedkoop, gemakkelijk te maken en produceren zonnecellen met een hoog energieomzettingsrendement. Ze kunnen ook in verschillende kleuren worden gemaakt, wat om esthetische redenen gunstig is voor in gebouwen geïntegreerde zonnepanelen. We kunnen van perovskiet ook flexibele zonnepanelen maken, zodat ze gemakkelijk op verschillende oppervlakken kunnen worden bevestigd.” 

Groene transitie  

Het duurt slechts een paar maanden om de vereiste energie voor de perovskiet zonnecellen te produceren; voor silicium zonnecellen is dat meer dan een jaar. Door hun unieke eigenschappen (lichtgewicht, kleurrijk, flexibel) kunnen perovskiet zonnecellen worden gebruikt voor toepassingen waar het moeilijk is om conventionele zonnecellen te gebruiken. Perovskiet zonnecellen kunnen ook worden gebruikt in combinatie met andere zonnecellen om tandemzonnecellen te vormen waarmee een nog hoger energieomzettingsrendement kan worden bereikt.

Baanbrekend nieuws 

Feng Gao onthult dat hij en zijn team baanbrekend nieuws hebben over perovskiet als materiaal voor de groene transitie - met resultaten die binnenkort worden gepubliceerd in Nature, het mondiaal toonaangevende multidisciplinaire wetenschappelijke tijdschrift. “Onze nieuwe resultaten laten zien dat we alle onderdelen van verslechterde perovskiet zonnecellen kunnen recyclen met groene oplosmiddelen. Nieuwe perovskiet zonnecellen die van gerecyclede perovskiet zonnecellen zijn gemaakt, hebben een energieomzettingsrendement dat net zo hoog is als dat van nieuwe perovskiet zonnecellen. We kunnen dit recyclingproces zelfs meermalen herhalen”, aldus Feng Gao

Tandemzonnecellen

Nog een wetenschapper die in het materiaal is geïnteresseerd, is Gerrit Boschloo, hoogleraar scheikunde aan de Zweedse Uppsala University. Zijn afdeling gebruikt sinds 2012 perovskiet in een reeks projecten. Voor Boschloo ligt het grootste potentieel van perovskiet in het nog onbekende in kaart gebrachte gebied. De werking van silicium zonnecellen is bevredigend, maar ze kunnen niet meer verder worden doorontwikkeld. Perovskiet kan nog beter en effectiever zijn. “Voor een wetenschapper is dat spannend”, zegt Gerrit Boschloo. “Terwijl we met gewone silicium zonnecellen precies weten waar we staan, lijken de mogelijkheden met perovskiet eindeloos. We kunnen deze zonnecellen nog effectiever maken door een perovskiet cel boven op een silicium cel te plaatsen, omdat de perovskiet cel een deel van het zonlicht kan doorlaten. Met deze methode kan de perovskiet cel bijvoorbeeld het blauwe licht van de zon gebruiken, terwijl de onderliggende silicium cel het rode licht opneemt. Met een perovskiet cel kun je bepalen hoeveel licht je doorlaat, zodat de perovskiet en silicium cel allebei evenveel licht krijgen.”

Foto: Olov Planthaber/Linköping University