MELD U AAN VOOR dagelijkse nieuwsupdates van CleanTechnica op e-mail. Of volg ons op Google Nieuws!

De wereld van zonne-energie is klaar voor een revolutie. Wetenschappers haasten zich om een ​​nieuw type zonnecel te ontwikkelen met behulp van materialen die elektriciteit efficiënter kunnen omzetten dan de huidige panelen.

In een nieuw papier gepubliceerd op 26 februari in het tijdschrift Nature Energieonthulden een CU Boulder-onderzoeker en zijn internationale medewerkers een innovatieve methode om de nieuwe zonnecellen te vervaardigen, bekend als perovskietcellen, een prestatie die cruciaal is voor de commercialisering van wat velen beschouwen als de volgende generatie zonnetechnologie.

Tegenwoordig zijn bijna alle zonnepanelen gemaakt van silicium, met een rendement van 22%. Dit betekent dat siliciumpanelen slechts ongeveer een vijfde van de zonne-energie in elektriciteit kunnen omzetten, omdat het materiaal slechts een beperkt deel van de golflengten van zonlicht absorbeert. Bovendien is de productie van silicium duur en energie-intensief.

Voer perovskiet in. Het synthetische halfgeleidende materiaal heeft het potentieel om substantieel meer zonne-energie om te zetten dan silicium tegen lagere productiekosten.

"Perovskieten kunnen een gamechanger zijn", zegt Michael McGehee, professor aan de afdeling Chemische en Biologische Technologie en fellow bij het Renewable & Sustainable Energy Institute van CU Boulder.

Wetenschappers hebben perovskiet-zonnecellen getest door ze op traditionele siliciumcellen te stapelen om tandemcellen te maken. Door de twee materialen in lagen te plaatsen, die elk een ander deel van het spectrum van de zon absorberen, kan de efficiëntie van de panelen potentieel met meer dan 50% worden verhoogd.

“We zien nog steeds een snelle elektrificatie, waarbij steeds meer auto’s op elektriciteit rijden. We hopen meer kolencentrales buiten bedrijf te stellen en uiteindelijk de aardgascentrales af te schaffen”, aldus McGehee. “Als je gelooft dat we een volledig hernieuwbare toekomst zullen hebben, dan ben je van plan dat de wind- en zonne-energiemarkten minstens vijf tot tien keer zo groot zullen worden als nu.”

Om daar te komen, zegt hij, moet de industrie de efficiëntie van zonnecellen verbeteren.

Maar een grote uitdaging bij het op commerciële schaal maken van perovskiet is het proces waarbij de halfgeleider op de glasplaten wordt aangebracht, die de bouwstenen van panelen vormen. Momenteel moet het coatingproces plaatsvinden in een kleine doos gevuld met niet-reactief gas, zoals stikstof, om te voorkomen dat de perovskieten reageren met zuurstof, waardoor hun prestaties afnemen.

“In de onderzoeksfase is dit prima. Maar als je grote stukken glas gaat coaten, wordt het steeds moeilijker om dit in een met stikstof gevulde doos te doen”, aldus McGehee.

McGehee en zijn medewerkers gingen op zoek naar een manier om die schadelijke reactie met de lucht te voorkomen. Ze ontdekten dat het toevoegen van dimethylammoniumformiaat, of DMAFO, aan de perovskietoplossing vóór het coaten kon voorkomen dat de materialen oxideerden. Deze ontdekking maakt het mogelijk dat het coaten buiten de kleine doos, in de omgevingslucht, plaatsvindt. Experimenten toonden aan dat perovskietcellen gemaakt met het DMAFO-additief op zichzelf een efficiëntie van bijna 25% kunnen bereiken, vergelijkbaar met het huidige efficiëntierecord voor perovskietcellen van 26%.

Het additief verbeterde ook de stabiliteit van de cellen.

Commerciële siliciumpanelen kunnen doorgaans na 80 jaar minstens 25% van hun prestaties behouden, waarbij ze jaarlijks ongeveer 1% aan efficiëntie verliezen. Perovskietcellen zijn echter reactiever en worden sneller afgebroken in de lucht. De nieuwe studie toonde aan dat de perovskietcel gemaakt met DMAFO 90% van zijn efficiëntie behield nadat de onderzoekers ze gedurende 700 uur hadden blootgesteld aan LED-licht dat zonlicht nabootste. Cellen die zonder DMAFO in de lucht zijn gemaakt, zijn daarentegen na slechts 300 uur snel afgebroken.

Hoewel dit een zeer bemoedigend resultaat is, zitten er 8,000 uur in een jaar, merkte hij op. Er zijn dus langere tests nodig om te bepalen hoe deze cellen het overuren volhouden.

"Het is nog te vroeg om te zeggen dat ze net zo stabiel zijn als siliciumpanelen, maar we zijn op de goede weg in die richting", zegt McGehee.

De studie brengt perovskietzonnecellen een stap dichter bij commercialisering. Tegelijkertijd is het team van McGehee actief bezig met de ontwikkeling van tandemcellen met een reële efficiëntie van meer dan 30%, die dezelfde operationele levensduur hebben als siliciumpanelen.

McGehee leidt een Amerikaans partnerschap tussen de academische wereld en de industrie, genaamd Tandems for Efficient and Advanced Modules Using Ultrastable Perovskites (TEAMUP). Samen met onderzoekers van drie andere universiteiten, twee bedrijven en een nationaal laboratorium ontving het consortium vorig jaar 9 miljoen dollar financiering van het Amerikaanse ministerie van Energie om stabiele tandem-perovskieten te ontwikkelen die haalbaar zijn in de echte wereld en commercieel levensvatbaar zijn. Het doel is om tandems te creëren die efficiënter zijn dan conventionele siliciumpanelen en even stabiel zijn over een periode van 25 jaar.

Met een hogere efficiëntie en mogelijk lagere prijskaartjes zouden deze tandemcellen bredere toepassingen kunnen hebben dan bestaande siliciumpanelen, inclusief mogelijke installatie op de daken van elektrische voertuigen. Ze zouden een actieradius van 15 tot 25 kilometer per dag kunnen toevoegen aan een auto die in de zon heeft gestaan, genoeg om het dagelijkse woon-werkverkeer van veel mensen te dekken. Ook drones en zeilboten kunnen door dergelijke panelen worden aangedreven.

Na tien jaar onderzoek naar perovskieten hebben ingenieurs perovskietcellen gebouwd die net zo efficiënt zijn als siliciumcellen, die 70 jaar geleden werden uitgevonden, zei McGehee. “We brengen perovskieten naar de finish. Als tandems goed presteren, hebben ze zeker het potentieel om de markt te domineren en de volgende generatie zonnecellen te worden”, zei hij.

Met dank aan Yvaine Ja & Universiteit van Colorado.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://cleantechnica.com/2024/03/23/researchers-take-major-step-toward-developing-next-generation-solar-cells/