Zweedse wetenschappers hebben een lang mysterieus aspect van halide perovskieten ontrafeld. Deze ontdekking kan de weg vrijmaken voor stabielere, efficiëntere en veelzijdigere zonnecellen. Een doorbraak die de toekomst van zonne-energie voorgoed kan veranderen.
Elektriciteit is nu goed voor één vijfde van het mondiale energieverbruik, maar volgens de International Energy Agency groeit dit binnen 25 jaar naar meer dan de helft. Om die enorme vraag op te vangen, zijn nieuwe materialen nodig. Zweedse onderzoekers van de Chalmers University of Technology zien in halide perovskieten een veelbelovende kandidaat.
Volgens de studie, gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society, hebben de onderzoekers een eerder onbekende laagtemperatuurfase van formamidinium lead iodide ontdekt, een cruciale stap voor de ontwikkeling van stabiele en efficiënte zonnecellen.
Veelbelovend maar mysterieus
Halide perovskieten zijn een groep materialen die de afgelopen twintig jaar enorme aandacht hebben gekregen vanwege hun potentieel voor lichte, efficiënte zonnecellen en LED’s. Toch is praktisch gebruik beperkt gebleven door hun inherente instabiliteit en een beperkt begrip van de degradatiemechanismen.
Een van de meest veelbelovende leden van deze familie is formamidinium loodjodide, dat uitstekende opto-elektronische eigenschappen heeft. Maar de instabiliteit ervan vormt nog steeds een grote uitdaging. Onderzoekers geloven dat het mengen van verschillende halide perovskieten dit probleem kan verminderen. Daarvoor is diepgaand begrip van elk onderdeel essentieel.
Ontdekking is cruciaal
Het Chalmers-team gebruikte geavanceerde computersimulaties en machine learning om een laagtemperatuurfase te identificeren die eerder onbekend was. “Het is erg spannend dat we nu simulatiemethoden hebben die vragen kunnen beantwoorden die enkele jaren geleden nog onopgelost waren,” zegt Julia Wiktor, hoofonderzoeker van de studie. “Onze bevindingen zijn essentieel om een van de meest veelbelovende zonnecelmaterialen optimaal te benutten.”
Onderzoeker Sangita Dutta legt uit: “Deze laagtemperatuurfase was lange tijd een ontbrekend stukje van de puzzel, en we hebben nu een fundamentele vraag over de structuur kunnen beantwoorden.”
Deze fase is essentieel voor het succesvol produceren en beheren van het materiaal en zijn mengsels. Het geeft onderzoekers de mogelijkheid om in de toekomst stabielere en efficiëntere perovskiet-zonnecellen te ontwikkelen.
Simulaties dichter bij de werkelijkheid
Het modelleren van halide perovskites is bijzonder complex en vraagt om enorme rekenkracht. Het team van Chalmers combineerde traditionele simulaties met machine learning, waardoor modellen duizenden keren langere simulaties konden draaien en miljoenen atomen konden bevatten in plaats van enkele honderden.
De simulaties toonden aan dat de moleculen van formamidinium lead iodide bij afkoeling vast komen te zitten in een semi-stabiele toestand. Om dit te verifiëren werkte het team samen met onderzoekers van de University of Birmingham, die het materiaal tot -200°C koelden.
De resultaten bevestigden de simulaties. “We hopen dat de inzichten uit deze simulaties bijdragen aan het modelleren en analyseren van complexe halide perovskites in de toekomst,” zegt Erik Fransson van de afdeling Fysica van Chalmers.
Belangrijke blauwdruk voor de toekomst
Deze ontdekking kan de ontwikkeling van volgende generatie zonnecellen versnellen. Door beter te begrijpen hoe halide perovskites functioneren, kunnen onderzoekers stabielere, efficiëntere en duurzamere zonnepanelen ontwikkelen. Een cruciale stap in de wereldwijde energietransitie.
Hoewel het gaat om laboratoriumresultaten, bieden ze een belangrijke blauwdruk voor toekomstige toepassingen. De weg naar commerciële, superkrachtige perovskite-zonnecellen ligt nu duidelijker in beeld.
