Nieuwe zonnecel doorstaat 1.000 uur hitte en vocht dankzij schoonmaaktruc
Koreaanse onderzoekers filteren de stof die perovskietzonnecellen snel laat slijten uit het productieproces. Hun cellen hielden na 1.000 uur bij 85 graden en vochtige lucht nog 95 procent van hun rendement, een belangrijke stap naar zonnepanelen die lang meegaan.
Perovskietzonnecellen zijn de grote belofte van de zonne-energie. Ze zijn goedkoop te maken, licht en halen een hoog rendement. Perovskiet is een kristalachtig materiaal dat licht heel goed omzet in stroom. Er is één groot probleem: de cellen gaan niet lang mee. Ze houden het ongeveer twee tot tien jaar, terwijl gewone zonnepanelen van silicium 25 tot 30 jaar meegaan. Vooral hitte en vocht maken ze snel kapot.
Een team van het Korea Institute of Energy Research (KIER) en de Zuid-Koreaanse universiteit UNIST heeft een belangrijke oorzaak daarvan aangepakt. Hun cellen doorstonden een zware test met hitte en vocht bijna zonder achteruit te gaan.
Waar zit het probleem?
Een zonnecel bestaat uit dunne laagjes op elkaar. Het perovskiet vangt het licht op. Andere laagjes voeren de stroom af, net als draden die de lading wegbrengen. Een van die laagjes geleidt pas goed als er bij het maken een lithiumzout aan wordt toegevoegd. Om dat zout goed op te lossen zijn weer extra hulpstoffen nodig.
Die toevoegingen zijn op den duur het zwakke punt. Bij hitte en vocht verdampen de hulpstoffen, en dan ontstaan er kleine gaatjes tussen de laagjes. Het lithium blijft ook niet op zijn plek: het zwerft door de cel en beschadigt die van binnenuit. Zo verliest de cel steeds meer van zijn vermogen.
Een schoonmaaktruc
Het lithiumzout is eigenlijk alleen nodig om aan het begin een scheikundige reactie op gang te brengen. Daarna zit het alleen nog in de weg. Het team onder leiding van onderzoeker Se Jin Ahn van KIER bedacht daarom een manier om het lithium er weer uit te halen voordat het laagje wordt gemaakt.
Ze voegen een poeder van nikkeloxide toe aan de vloeistof waarvan het laagje wordt gemaakt. Dat poeder trekt het lithium sterk aan, zoals een magneet ijzervijlsel opraapt. Daarna filteren de onderzoekers de korrels eruit, met het lithium eraan vast. Omdat de korrels relatief groot zijn, lukt dat makkelijk. Wat overblijft is een schone vloeistof zonder lithium, zonder hulpstoffen en zonder poeder. Daarmee maken ze een laagje dat niet meer van binnenuit kan worden aangetast.
Bestand tegen hitte en vocht
De onderzoekers testten de cellen 1.000 uur lang, ruim zes weken, bij 85 graden Celsius en een luchtvochtigheid van 85 procent. Dat is een veelgebruikte, zware proef om te zien of zonnepanelen het buiten volhouden. Na afloop hadden de cellen nog 95 procent van hun oorspronkelijke rendement.
Dat ging niet ten koste van de prestaties. De nieuwe cellen zetten 25,24 procent van het zonlicht om in stroom, iets meer dan de 25,21 procent van vergelijkbare cellen die op de gewone manier zijn gemaakt. Het onderzoek verscheen als omslagartikel in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Science.
Volgens Ahn is dit een belangrijke stap om het bekende levensduurprobleem van perovskietcellen op te lossen. Dat is ook van belang voor zogeheten tandemcellen, waarin een laagje perovskiet bovenop een siliciumcel ligt. Zo vangt het paneel meer van het zonlicht op dan elk materiaal alleen.
Wat moet er nog gebeuren?
Het onderzoek is gedaan met kleine cellen in het lab. Een test van zes weken laat zien dat de cellen veel beter tegen hitte en vocht kunnen, maar zegt nog niet hoeveel jaar een paneel op een dak meegaat. De volgende stap is om de methode op grotere panelen en in fabrieken toe te passen, en ze langer buiten te testen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Een wereld met steeds slimmere computers en robots heeft enorm veel goedkope, schone stroom nodig. Perovskietcellen kunnen zonnepanelen goedkoper en efficiënter maken, vooral als tandemcel bovenop silicium. Wat ze tot nu toe tegenhield, was dat ze te snel slijten. Dit onderzoek pakt een van de belangrijkste oorzaken daarvan aan, met een simpel filter in plaats van een duur nieuw materiaal. Lukt het om dat ook in de fabriek te doen, dan komen zonnepanelen die meer stroom leveren voor minder geld een stuk dichterbij.
