Nieuwe zonnecelapparaten die goedkoper en gemakkelijker te maken zijn, zouden binnenkort hun weg naar de markt kunnen vinden dankzij materialen die zijn gemaakt aan het Imperial College London.
Traditionele zonnecellen worden gemaakt van silicium, dat een goede efficiëntie en stabiliteit heeft, maar relatief duur is om te maken en alleen in stijve panelen kan worden vervaardigd.
Perovskiet-zonnecellen bieden een intrigerend alternatief; ze kunnen worden bedrukt met inkt, waardoor ze goedkoop, hoog rendement, dun, lichtgewicht en flexibel zijn. Ze hebben echter een achterstand op siliciumzonnecellen in efficiëntie en, belangrijker nog, stabiliteit, en breken onder normale omgevingsomstandigheden.
Nieuwe metaalbevattende materialen, ferrocenen genaamd, kunnen bij deze problemen helpen. Onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityU) hebben imperiale ferrocenen toegevoegd aan perovskiet-zonnecellen, waardoor hun efficiëntie en stabiliteit enorm zijn verbeterd. De resultaten worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science.
Mede-hoofdauteur professor Nicholas Long, van de afdeling Scheikunde van Imperial, zei: “Siliciumcellen zijn efficiënt maar duur, en we hebben dringend nieuwe zonne-energieapparaten nodig om de overgang naar hernieuwbare energie te versnellen. Stabiele en efficiënte perovskietcellen zouden het uiteindelijk mogelijk kunnen maken zonne-energie voor meer toepassingen — van het voeden van ontwikkelingslanden tot het opladen van een nieuwe generatie draagbare apparaten.
“Onze samenwerking met collega’s in Hong Kong was prachtig serendipiteit, ontstaan nadat ik een lezing had gegeven over nieuwe ferroceenverbindingen en Dr. Zonglong Zhu van CityU had ontmoet, die me vroeg om enkele monsters op te sturen. Binnen een paar maanden vertelde het CityU-team ons de de resultaten waren opwindend en vroegen ons om meer monsters te sturen en een onderzoeksprogramma te starten dat heeft geresulteerd in perovskiet-apparaten die zowel efficiënter als stabieler zijn.”
De kracht van ferrocenen
advertentie
Perovskiet vormt de ‘licht oogstende’ laag van zonnecelapparaten. Deze apparaten zijn echter minder efficiënt in het omzetten van zonne-energie in elektriciteit dan op silicium gebaseerde zonnecellen, voornamelijk omdat de elektronen minder ‘mobiel’ zijn – ze zijn minder in staat om van de oogstlaag naar de elektriciteitsconversielagen te gaan.
Ferrocenen zijn verbindingen met ijzer in het midden, omgeven door ringen van koolstof. De unieke structuur van ferroceen werd voor het eerst erkend door Imperial’s eigen Nobelprijswinnaar Professor Geoffrey Wilkinson in 1952, en ferrocenen worden nog steeds over de hele wereld onderzocht vanwege hun unieke eigenschappen.
Een eigenschap die hun structuur hen geeft, is een uitstekende elektronenrijkdom, waardoor elektronen in dit geval gemakkelijker van de perovskietlaag naar de volgende lagen kunnen gaan, waardoor de efficiëntie van het omzetten van zonne-energie in elektriciteit wordt verbeterd.
Tests uitgevoerd door het team CityU en in commerciële laboratoria tonen aan dat de efficiëntie van perovskiet-apparaten met een toegevoegde ferroceenlaag 25% kan bereiken, wat de efficiëntie van traditionele siliciumcellen benadert.
Twee vliegen in een klap
Maar dit is niet het enige probleem dat de op ferroceen gebaseerde materialen hebben opgelost. Het team van Imperial heeft geëxperimenteerd met het hechten van verschillende chemische groepen aan de koolstofringen van ferroceen, en nadat ze het Hong Kong-team verschillende versies hiervan hadden gestuurd, gemaakt door promovendus Stephanie Sheppard, ontdekten de medewerkers een versie die de aanhechting van de ferroceen aanzienlijk verbetert. perovskietlagen naar de rest van het apparaat.
advertentie
Dit extra bevestigingsvermogen verbeterde de stabiliteit van de apparaten, wat betekent dat ze meer dan 98% van hun oorspronkelijke efficiëntie behielden na 1500 uur continu op maximaal vermogen te hebben gewerkt. De efficiëntie en stabiliteit die zijn verkregen dankzij de toevoeging van een ferroceenlaag, brengt deze perovskiet-apparaten dicht bij de huidige internationale normen voor traditionele siliciumcellen.
Hoofdonderzoeker Dr. Zonglong Zhu van CityU zei: “Wij zijn het eerste team dat met succes de omgekeerde perovskiet-zonnecel tot een recordhoog rendement van 25% heeft verhoogd en de stabiliteitstest van de International Electrotechnical Commission heeft doorstaan.”
Het team heeft hun ontwerp gepatenteerd en hoopt het in licentie te geven, om uiteindelijk hun perovskiet-apparaten op de markt te brengen. Ondertussen experimenteren ze met verschillende ferroceenontwerpen om de prestaties en stabiliteit van de apparaten verder te verbeteren.
Verhaalbron:
Materialen geleverd door Imperial College Londen. Origineel geschreven door Hayley Dunning. Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
Nieuwe zonnecelapparaten die goedkoper en gemakkelijker te maken zijn, kunnen dankzij nieuwe materialen binnenkort hun weg naar de markt vinden.
Datum van publicatie: 22 april 2022
Bron: Klimaat | Top milieunieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–