Binding van halogeen-ionen verhoogt het rendement van perovskiet-zonnepanelen

Supramoleculaire chemie en de intermoleculaire interactie waarbij halogeen-atomen in organische moleculen betrokken zijn, kunnen de prestaties van op perovskiet gebaseerde zonnecellen helpen verbeteren. Op die manier kunnen zij een hoog rendement en een grotere stabiliteit bereiken. Dit is de conclusie van onderzoekers van de Politecnico di Milano die zij publiceerden in het prestigieuze tijdschrift Angewandte Chemie International Edition.

Organisch-anorganische hybride perovskieten zijn ionische verbindingen bestaande uit kleine organische kationen en metaalhalogeniden. Ze zijn al bekend sinds de 19e eeuw, maar ze zijn pas recent gebruikt in de opto-elektronica voor de constructie van laserdiodes, foto-detectoren en zonnecellen. De eerste fotovoltaïsche cel op basis van perovskiet werd in 2009 geproduceerd. Sindsdien is intensief onderzoek verricht om een efficiëntie van meer dan 25 procent te bereiken. Dat zou het silicium zou overtreffen dat momenteel hoofdzakelijk wordt gebruikt bij de productie van zonnecellen.

Energieverliezen

De lage kostprijs en de uitstekende prestaties van perovskieten maken ze zeer aantrekkelijk voor gebruik in zonnepanelen. Er zijn echter nog verschillende problemen die verhinderen dat deze materialen op de markt komen. Allereerst is er hun geringe stabiliteit in lucht en vochtigheid. Bovendien kan de aanwezigheid van defecten, d.w.z. onvolkomenheden in het kristalrooster, zogenoemde ‘val-toestanden’ opwekken. Deze worden door het licht in het materiaal opgewekt. Dat veroorzaakt verlies van elektrische energie.

In het algemeen gaat het bij deze val-toestanden om zogenoemde ongebonden halide-ionen. De studie aan de Politecnico heeft aangetoond dat het gebruik van additieven die halogeenbindingen kunnen vormen met de halogeenionen die aanwezig zijn in perovskieten, belangrijke voordelen biedt. Op die manier kun je zonnepanelen ontwikkelen met een betere kristalliniteit en een grotere stabiliteit en een hoger rendement.

Halogeenbinding

Bovendien maakt de oppervlaktemodificatie van perovskiet met bifunctionele moleculen die halogeenbindingen kunnen vormen een betere integratie van het perovskiet in de zonnecel mogelijk. Dat vergemakkelijkt de opwekking van elektrische stroom. Uit de gerapporteerde gegevens blijkt dat halogeenbinding een aanzienlijk potentieel heeft voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie zonnecellen op basis van perovskieten. Een beter atomair/moleculair begrip van deze materialen is echter nodig om de voordelen van halogeenbinding ten volle te benutten, aldus de wetenschappers.