Zo ongeveer moet je je dat ‘hergebruik’ van fotonen voorstellen (afb: Criss Hohmann)

Er zijn op het ogenblik nogal wat materialen die grote beloftes inhouden. Perovskiet is daar een van.  Onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Cambridge hebben nu een hybride materiaal uitgeprobeerd (perovskiet en loodhalogenide), waarbij ze licht ‘hergebruikten’ zodat, in theorie, zonnecellen zouden kunnen worden gemaakt met een hoog rendement (dik boven de 20%), die ook nog eens prettig geprijsd zouden zijn.

Perovskieten zijn zulke veelbelovende materialen voor zonnecellen, deels doordat het licht daar een lange weg aflegt. Een combinatie van loodhalogeniden (halogenen is de groep van elementen die bestaat uit, onder meer, fluor, chloor en broom) en perovskieten zou dan nog eens de eigenschap hebben dat licht ‘hergebruikt’ wordt. Perovskietcellen zijn ondertussen bijna net zo efficiënt in het omzetten van zonlicht in elektrische energie als siliciumcellen. Met het ‘kringlopen’ van licht zouden de perovskietcellen de siliciumcellen in rendement een eind voorbij (kunnen) steken.
Zonnecellen werken doordat die licht absorberen, waardoor in de cel elektrische energie ontstaat, maar dat werkt ook andersom. Als elektrische ladingen elkaar treffen kan er licht ontstaan. Perovskietcellen zouden die opnieuw opgewekte lichtdeeltjes ook weer absorberen. Dat noemen de onderzoekers dan fotonhergebruik of fotonkringlopen. Dat fungeert in de cel als een soort ‘brandglas’waarbij het licht geconcentreerd wordt. Volgens de onderzoekers zou dat ‘hergebruik’ leiden tot rendementsverbetering van de cellen.
Als de onderzoekers met een laser een 500 nm dik plaatje van loodjodide/perovskiet beschenen ontdekten ze dat dicht in de buurt van waar ze het plaatje belichtten er infrarood licht werd geëmitteerd. Die emissie werd ook verderop gezien samen met een tweede emissie van fotonen (lichtdeeltjes) met een lagere energie (in deze beschrijving volg ik trouw het persbericht, ik heb geen flauw vermoeden hoe dit werkt). “Die lagere-energiecomponent maakt het mogelijk dat ladingen over een langere afstand worden getransporteerd, maar die hoge-energiecomponent zou er niet zijn als de fotonen niet werden ‘hergebruikt'”, zegt onderzoeker Luis Miguel Pazos Outón. “Dat hebben materialen als silicium niet. Dit effect concentreert een grote hoeveelheid lading in een klein volume, die wordt geproduceerd door de inkomende fotonen én de fotonen die door het materiaal zelf worden geproduceerd. Dat verhoogt het rendement.”

Als bewijs van het gevondene, construeerde hij ook een hybride perovskietcel. Het bleek dat in die cel de elektrische stroom zich over meer dan 50 µm van het contactpunt van de laser (de lichtbron) kan verplaatsen, veel meer dan de onderzoekers hadden verwacht en een direct gevolg van het veelvuldige foton’hergebruik’ in de cel, stellen ze. Dat gaf de hen aanleiding te denken dat dit type zonnecellen wat rendement betreft nog veel in hun mars hebben, mede ook gezien het feit dat de gemaakte cel niet was geoptimaliseerd.

De onderzoekers keken bij deze materialen niet alleen naar zonnecellen maar ook naar lichtdiodes. Daarbij werkten Cambridge samen met de universiteit van Oxford en het AMOLF in Amsterdam. “Dit onderzoek opent de deur naar het optimaliseren van het rendement van zonnecellen”, zegt onderzoeker Felix Deschler. Hij stelt dat de productie om dergelijke cellen te maken niet ingewikkeld zijn. “Dit kan het rendement aanzienlijk opvoeren in vergelijking met wat nu mogelijk is.”
Perovskietcellen werden voor het eerst in 2012 getest. Bij recente experimenten werden rendementen tot 20% gehaald (normaal voor zonnecellen is zo’n 12 tot 15%). Die 20% moet met deze ontdekking makkelijk uit de boeken te halen zijn.

Bron: Science Daily