Een team van wetenschappers onder leiding van het Nanomaterials Research Institute van de Kanazawa Universiteit heeft aangetoond dat de stabiliteit en efficiëntie van bepaalde zonne-energie panelen kan aanzienlijk worden verbeterd door gebruik te maken van cesiumjodide (CsI)-intercalatie technologie. Dit werk kan ertoe bijdragen dat zonnecellen concurrerender worden met andere hernieuwbare energiebronnen.
Zonnepanelen hebben het potentieel om een overvloedige en schone energiebron te zijn. Met name fotovoltaïsche cellen met perovskietkristalstructuur, genoemd naar het mineraal met dezelfde atomaire configuratie, hebben veel aantrekkelijke kenmerken. Hun sterke optische absorptie en hoge ladingsmobiliteit leiden tot lage productiekosten en hoge energieopbrengst. De inzet door consumenten van perovskietzonnecellen wordt echter belemmerd door de beperkte robuustheid van deze cellen, omdat hun structuur kan ontbinden na blootstelling aan vocht, licht of hitte. Nieuwe formuleringen die de levensduur van perovskietzonnecellen verlengen zijn dus nodig om het vertrouwen van de consument te wekken voordat commerciële toepassingen mogelijk zijn.
Nu heeft een team van wetenschappers onder leiding van de Kanazawa Universiteit ontdekt dat het toevoegen van CsI aan de veelgebruikte MAPbI3 perovskietstructuur verhoogt de stabiliteit van de resulterende apparaten aanzienlijk. De Cs-atomen migreren en worden “geïntercaleerd” in het kristalrooster, en de verbeterde apparaten vertoonden een efficiëntie van de energieconversie van wel 18.43%.
Hybride organisch-anorganische metaalhalogenide-perovskietzonnecellen zijn een zeer snelgroeiende technologie. Met behulp van scanning-elektronenmicroscopie constateerden de wetenschappers dat de grootte van de kristalkorrels in het materiaal ook toenam van 300 naar 700 nm als gevolg van de toevoeging van CsI. Ze veronderstellen dat de intercalatie van cesium de afstand tussen de atomaire vlakken verkleint, zodat vocht uit de lucht niet zo gemakkelijk kan binnendringen. Bovendien worden de oppervlakken gladder, waardoor ladingen de elektroden kunnen bereiken. Dankzij deze aanpak konden de onderzoekers lagen produceren met nauwkeurige controle over de CsI-intercalatie. Dit werk kan bijdragen aan een revolutie in hernieuwbare energie, waarin perovskiet zonne- panelen worden een veel gebruikelijker gezicht.