Onderzoek naar nieuwe generatie zonnecellen volop aan de gang
Er wordt volop gewerkt aan de ontwikkeling van een nieuwe generatie zonnecellen, al is nog niet duidelijk welke materialen en welke technologieën het uiteindelijk zullen halen. Veelbelovend is de mogelijkheid om als alternatief voor silicium perovskiet te gebruiken in pv-cellen. Onderzoekers verwachten dat zonnecellen van perovskiet reeds vanaf 2020 op een industriële en commercieel rendabele manier kunnen geproduceerd worden, al zijn er nog wel wat problemen op te lossen.
China is momenteel koploper in het onderzoek naar de mogelijkheden van perovskiet. Ook de Verenigde Staten en Zuid-Korea besteden veel aandacht aan het materiaal. Het wetenschappelijke blad Science omschreef perovskietzonnecellen reeds in 2013 als één van de belangrijke wetenschappelijke doorbraken van het jaar. De eerste zonnecellen waarin perovskiet werd verwerkt, leverden een rendement op van 3,8%. Dat cijfer werd inmiddels opgetrokken tot 21%, waardoor ze kunnen concurreren met de zonnecellen die momenteel op de markt zijn. Perovskiet is bovendien erg goedkoop.
Toch zijn er nog enkele obstakels. Vooraleer perovskiet commercieel interessant kan worden, moeten de zonnecellen ook buiten het laboratorium op grote schaal kunnen worden vervaardigd. Een ander probleem is dat tijdens het productieproces giftige stoffen vrijkomen. Onderzoekers aan het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zijn bezig met een drie jaar durend project, Nanosolar, om dit probleem op te lossen.
De wetenschappers analyseren het volledige productieproces van perovskiet. De bedoeling is milieuvriendelijke dunnefilmzonnecellen te ontwikkelen, waardoor het rendement nog aanzienlijk zou kunnen stijgen. De gevoeligheid voor vochtige lucht, die leidde tot de vorming van zoutkristallen, vormde eveneens een probleem. Dat werd opgelost door het perovskiet aan de boven- en onderzijde te bedekken met een vochtbeschermende laag, die tevens als geleider werkt.
Ledtechnologie
In combinatie met een ander materiaal zou het kristal ook voor een revolutie in de ledtechnologie kunnen zorgen. Onderzoekers van The Edward S. Rogers Sr. Department of Electrical & Computer Engineering (Universiteit van Toronto, Canada) ontdekten een manier om sterk lichtgevende nanodeeltjes in te kapselen in perovskiet. Perovskiet is een materiaal waar elektronen snel doorheen kunnen bewegen zonder energie op te slorpen. Daardoor ontstaat een kristal dat enorm snel elektriciteit naar licht kan converteren.
De combinatie van de twee materialen maakt zeer efficiënte, nabij-infrarode golflengtes via ledverlichting mogelijk. Deze nieuwe vorm van ledverlichting kan leiden tot volkomen nieuwe toepassingen, zoals het herkennen van beweging, nachtzichttechnologie en zeer snelle vormen van telecommunicatie. De onderzoekers zijn bezig het concept uit te werken en bouwen een toepassing om de technologie in de praktijk uit te testen.
Het mineraal perovskiet is een calcium-titanium-oxide dat voor het eerst werd ontdekt in het Oeralgebergte door Gustav Rose in 1839. Het ontleent zijn naam aan de Russische mineraloog en geoloog Lev Aleksejevitsj Perovski (1792-1856). Het zwarte, roodbruine of gele perovskiet heeft een metallische glans en een grijswitte streepkleur. De naam perovskiet wordt echter ook gebruikt voor materialen met dezelfde soort atomaire opbouw of kristalstructuur. Wetenschappers zijn al lang in dit materiaal geïnteresseerd, o.a. vanwege zijn supergeleidende eigenschappen.