Decennia lang vertegenwoordigde silicium het hart van de fotovoltaïsche industrie, waardoor de productie van steeds krachtigere zonnecellen mogelijk werd. De theoretische efficiëntielimiet, vastgesteld op 29,4%, nadert echter snel, en om deze te overschrijden zijn nieuwe ideeën en materialen nodig. Dit is waar de tandem-zonnecellenontworpen om meer energie op te vangen door lagen met verschillende materialen te combineren. Een van de belangrijkste uitdagingen is echter het vinden van materialen die silicium kunnen aanvullen met behoud van efficiëntie en stabiliteit.
Gehalogeneerde perovskieten: tussen buitengewoon potentieel en grenzen
De afgelopen jaren hebben gehalogeneerde perovskieten de kern gevormd van een echte revolutie in de zonne-energiesector. Van 2009 tot 2021 is hun efficiëntie met 579% gestegen, een indrukwekkend resultaat vergeleken met de bescheiden 57% die silicium in hetzelfde tijdsbestek behaalde.
De kracht van gehalogeneerde perovskieten ligt in hun vermogen om structurele defecten te tolereren dankzij unieke eigenschappen:
Toch zijn deze wonderen van de wetenschap niet zonder problemen: ze bevatten lood, zijn giftig en worden gemakkelijk afgebroken als ze worden blootgesteld aan hitte, licht en vochtigheid. Deze zwakke punten brengen de grootschalige commerciële toepassing ervan in gevaar.
BaZrS3: de duurzame toekomst van zonne-energie
Onder de nieuwe oplossingen komt de BaZrS3 (BZS)een chalogenische perovskiet die de beperkingen van zijn gehalogeneerde neven zou kunnen aanpakken. Niet-giftig, stabiel en met uitstekende optische eigenschappen onderscheidt BZS zich als een ideale kandidaat voor de volgende generatie zonnecellen.
Onderzoekers van het Australian Centre for Advanced Photovoltaics (ACAP) hebben met behulp van geavanceerde supercomputers ontdekt hoe ze de eigenschappen van BZS kunnen verbeteren door structurele spanningen toe te passen. Deze behandeling maakt het mogelijk enkele van de buitengewone kenmerken van gehalogeneerde perovskieten na te bootsen, terwijl de stabiliteit en de veiligheid voor het milieu behouden blijven.
In een studie gepubliceerd in Communicatiematerialenstelt het team een ambitieus project voor: het stapelen van maximaal 100 ultradunne, semi-transparante lagen BZS om de energie-efficiëntie te verhogen. Gecombineerd met silicium zou dit systeem een efficiëntie van meer dan 38% kunnen bereiken, een niveau dat nog nooit eerder is bereikt.
Ondanks het potentieel stelt BZS productie-uitdagingen. Omdat het een extreem stabiel materiaal is, vereist het zeer gecontroleerde omgevingen om besmetting te voorkomen, omdat barium en zirkonium de neiging hebben zich te binden met zuurstof, wat de kwaliteit van het eindproduct in gevaar brengt. Ondanks deze moeilijkheden is BZS een echte belofte voor de fotovoltaïsche sector. Het zou niet alleen de efficiëntie van zonnecellen kunnen verbeteren, maar ook kunnen zorgen voor veiligere en duurzamere oplossingen voor een groenere energietoekomst.
