Calcium Titanium zonnecel levensduur verlengd tot 30 jaar

Onderzoekers van Princeton University hebben de eerste commercieel levensvatbare calciumtitanietzonnecellen ontwikkeld, wat een belangrijke mijlpaal markeert voor een opkomende technologie voor hernieuwbare energie, volgens het laatste nummer van het tijdschrift Science. Het team verwacht dat hun apparaat ongeveer 30 jaar zal werken op meer dan de industriestandaard, ruim boven de 20-jarige levensduurdrempel voor zonnecellen.

Het apparaat is niet alleen duurzaam, het voldoet ook aan de gangbare normen voor energie-efficiëntie. Het is de eerste in zijn soort die de prestaties van op silicium gebaseerde cellen evenaart.

Perovskieten zijn halfgeleiders met een speciale kristalstructuur die ideaal zijn voor gebruik in zonneceltechnologie. Ze kunnen bij kamertemperatuur worden gemaakt en gebruiken veel minder energie dan silicium, waardoor ze goedkoper en duurzamer te produceren zijn.

Vroege perovskiet zonnecellen (PSC's) kwamen uit tussen 2009 en 2012 en duurden slechts een paar minuten. Het record van 2017 was een jaar van batterijgebruik onder continue verlichting bij kamertemperatuur, terwijl het nieuwe apparaat vijf jaar lang in laboratoriumachtige omstandigheden kon werken. Het recordbrekende ontwerp benadrukt het duurzame potentieel van PSC's, met name als een manier om zonneceltechnologie voorbij de grenzen van silicium te duwen, aldus de onderzoekers.

Deze keer hebben de onderzoekers verschillende materialen gelaagd om de lichtabsorptie te optimaliseren en tegelijkertijd de meest kwetsbare gebieden te beschermen tegen blootstelling. Ze ontwikkelden een ultradunne "tweedimensionale afdeklaag" tussen twee belangrijke ingrediënten: een absorberende perovskietlaag en een geladen laag gemaakt van koperzouten en andere stoffen. Het doel is om te voorkomen dat perovskiet halfgeleiders binnen enkele weken of maanden uitbranden.

De onderzoekers hebben de ontwerpen ook tientallen keren gepermuteerd, kleine details in de geometrie en het aantal overlaylagen veranderd en geëxperimenteerd met tientallen materiaalcombinaties. De experimentele resultaten tonen aan dat het nieuwe apparaat meer dan 80% piekefficiëntie kan uitoefenen onder de conditie van een gemiddelde temperatuur van ongeveer 35 °C en continue verlichting gedurende ten minste 5 jaar.

Op de lange termijn kunnen perovskieten bij kamertemperatuur worden vervaardigd, zeggen de onderzoekers, en hun fabricage voorkomt het verbranden van grote hoeveelheden fossiele brandstoffen. Maar de ontwikkeling van nieuwe technologieën betekent niet dat PSC's grotendeels siliciumapparaten zullen vervangen, maar eerder oudere technologieën zullen aanvullen, waardoor zonnepanelen goedkoper, efficiënter en duurzamer worden en zonne-energie wordt uitgebreid naar het moderne leven Meer nieuwe gebieden.