Perovskietcellen voorzien van een laagje koolstofbuisjes (SWCNT) zouden die ‘marktrijp’ (kunnen) maken (afb: Wei Zhang et al./Joule)
Al vele jaren wordt de lof gezongen van de zonnecellen van perovskiet, maar tot nog toe bleken er altijd weer kinken in de kabel die het succes van perovskietcellen in de weg stond. Een daarvan is de gebrekkige houdbaarheid (ik=as wilde duurzaamheid zeggen, bij die term heeft zo langzamerhand een andere betekenis gekregen dan niet kapot te krijgen). Koolstofnanobuisjes zouden een nieuwe generatie flexibele zonnepanelen van stroom kunnen voorzien in plaats van het tot nu toe veel gebruikte indiumtinoxide. Daardoor zouden flexibele, betaalbare en duurzame (ja toch) zonnecellen mogelijk zijn geworden, beweren onderzoekers van, onder meer, de universiteit van Surrey.
Een eenvoudige behandeling met zwavelzuur zou de koolstofnanobuisjes;laagjes beter in staat stellen elektriciteit te geleiden, terwijl ze helder genoeg blijven om zonlicht door te laten naar de daaronder liggende zonnelaag. De onderzoekers ontdekten dat de behandeling een dunne, op nikkel gebaseerde stabiliserende bruglaag (NiSO₄–NiOx-grensvlaklaag) creëerde die de verbinding tussen componenten in de zonnecel verbetert.
“Ons proces resulteerde in een flexibele perovskiet-zonnecel zonder indiumtinoxide die een energieomzettingsrendement van meer dan 20% behaalde over grote oppervlakken, waarbij kleinschalige apparaten een record van 24,5% bereikten”, zegt hoofdauteur Wei Zhang van de universiteit van Surrey. “We kunnen wel zeggen dat deze resultaten ons allemaal verrasten.”
Omdat de koolstofnanobuisfilms kunnen worden geproduceerd met behulp van chemische dampafzetting – een proces dat al wordt gebruikt in de grootschalige elektronica-industrie – geloven de onderzoekers dat deze aanpak buigbare zonnepanelen met niet alleen hoogwaardige prestaties kan opleveren, maar ook commercieel aantrekkelijk zou zijn op industriële schaal.
Uit proeven bleek ook een aanzienlijke verbetering van de stabiliteit ten opzichte van ‘soortgenoten’ zonder koolstofbuisjeslaag. Onderzoekers ontdekten dat de apparaten, zelfs na een maand blootstelling aan hitte, vochtigheid en zonlicht, meer dan 95% van hun oorspronkelijke prestaties behielden – veel beter dan conventionele ITO-gebaseerde ontwerpen.
Dichter bij de praktijk
“We zijn er nu van overtuigd dat elektroden van koolstofnanobuisjes kunnen wat indiumtinoxide niet kan: hoge prestaties combineren met mechanische sterkte en lage kosten. Deze resultaten brengen flexibele, schaalbare zonneceltechnologie een grote stap dichter bij toepassingen in de praktijk”, medeonderzoeker Ravi Silva van de universiteit van Surrey. Er is dus toch nog een ‘gat’ naar de. markt, zou ik Silva dan willen vragen?
De onderzoekers hebben ook de duurzaamheid door de modules herhaaldelijk te buigen. Terwijl traditionele ITO-gebaseerde cellen na 1000 buigingen bijna driekwart van hun efficiëntie verloren, verloren de koolstofbuisjesversies slechts ongeveer 5% en vertoonden ze geen zichtbare scheuren of delaminatie.
Naast deze veelbelovende prestaties zou deze aanpak ook goed zijn voor portemonnee en milieu. Het produceren van koolstofbuisjeslagen via chemische dampafzetting is ongeveer zes keer goedkoper dan ITO-sputteren, waardoor de totale productiekosten fors zouden dalen. Omdat indium schaars is en de winning ervan energie-intensief, zou het gebruik van koolstofhoudende materialen de productie van zonnepanelen zowel goedkoper als milieuvriendelijker kunnen maken, waardoor de totale CO2-voetafdruk van de technologie wordt verkleind.
Zhang: “Ons werk pakt een van de grootste obstakels voor commercialisering aan: kosten en schaalbaarheid. Buigzame, lichtgewicht zonnepanelen zoals deze zouden alles van draagbare elektronica tot de volgende generatie bouwmaterialen van stroom kunnen voorzien.” We gaan zien wat dit werk oplevert.
Bron: Alpha Galileo