Perovskietzonnecellen staan sterk in de belangstelling binnen in het zonnecelonderzoek. Ze kunnen in theorie een hogere omzettingsefficiëntie halen dan de gangbare siliciumcellen, de productiekosten zijn laag en de uitgangsmaterialen zijn volop verkrijgbaar.

De efficiëntie van perovskietzonnecellen is inmiddels vergelijkbaar met die van siliciumzonnecellen, maar onderzoek naar de stabiliteit heeft veel minder aandacht gekregen. Een team van Canadese, Amerikaanse en Zwitserse onderzoekers presenteert nu in Science een perovskietzonnecel met een verbeterde stabiliteit. Hun cel behoudt na 1560 uur op 85 °C bij 50% relatieve luchtvochtigheid nog steeds 85% van het rendement. Eerdere studies rapporteerden al 500 en 1000 uur onder minder heftige condities, dus het lijkt een stap in de goede richting, maar stabiliteit is nog steeds ver verwijderd van die van siliciumcellen.

De onderzoekers richtten zich op de coating die op de perovskietlaag ligt, de zogeheten passiveerlaag. Deze laag moet het fotovoltaïsche materiaal beschermen tegen degradatie. Hiervoor worden vaak ammoniumionen gebruikt. Die zijn weliswaar stabiel op kamertemperatuur, maar degraderen bij hogere temperaturen, omdat ze dan mengen met de onderliggende perovskietlagen. Het team werkte daarom nu bewust met een hoge temperatuur en luchtvochtigheid, zodat ze snel konden zien welke componenten het eerste kapot gaan.

De onderzoekers gebruikten een verzameling liganden waarvan de moleculaire structuur systematisch varieert. Daaruit bleek dat 3,4,5-trifluoranilinium functioneert als passiveerlaag én niet mengt met de onderliggende perovskietlaag bij hogere temperaturen. De uiteindelijke cellen bleven meer dan 1500 uur stabiel bij hoge temperatuur (85 °C) en luchtvochtigheid.

Park et al. (2023) Science https://doi.org/10.1126/science.adi4107