Een team van onderzoeker uit Engeland en Japan heeft ontdekt dat kleine imperfecties in perovskiet niet alleen de efficiëntie beperken, maar ook de instabiliteit veroorzaken. Het team bootste met een combinatie van technieken de veroudering onder zonlicht na om vervolgens op nano-schaal veranderingen in het materiaal te observeren. Het nieuws werd bekendgemaakt door de University of Cambridge en gepubliceerd in Nature. 

Perovskiet als basis van zonnecellen zou niet alleen de theoretische grens voor efficiëntie van silicium cellen doorbreken, maar ook nog eens veel goedkoper en makkelijker te produceren zijn. De eigenschappen maken bovendien veel dunnere cellen mogelijk. In vloeibare vorm in dunne films gevormd die geschikt zijn voor plaatsing op veel meer type oppervlakten dan de huidige panelen. Denk bijvoorbeeld aan semi-transparante films met zonnecellen van perovskiet als een coating over de ramen van hoge gebouwen. 

Goedkoper, efficiënter én op meer oppervlakte te plaatsen. De perovskiet revolutie bleef uit vanwege de achilleshiel: de instabiliteit. Een silicium zonnecel is dan wel beperkt(er) in opbrengst, maar die opbrengst blijft 25 jaar vrij stabiel. Om hiermee te concurreren zullen panelen met perovskiet minstens tien jaar moet werken zonder groot verlies van rendement. 

Stabiliteit perovskiet
Onderzoekers zijn dan ook al lang op zoek naar methoden om perovskiet een vergelijkbare stabiliteit te geven als silicium. Het team van onderzoekers van Cambridge en Okinawa Institute of Science and Technology denkt nu dus een belangrijke oorzaak van de instabiliteit gevonden te hebben. 

Het team werkte samen met de faciliteiten van Diamond Light Source die met behulp van elektromagnetische straling zeer krachtige lichtstralen opwekt waarmee materiaal onderzocht kan worden. Het Physical Sciences Imaging Centre en de afdeling Materials Science and Metallurgy in Cambridge werkten mee in observeren van het materiaal. Op nano schaal werden de eigenschappen van de dunne films met perovskiet bekeken en hoe deze veranderden over tijd onder invloed van zonlicht. 

Twee vliegen in één cell
Het team had in eerder onderzoek al defecten gevonden in het materiaal die ten koste gingen van de opbrengst van zonnecellen met perovskiet. De zogenaamde carrier traps, deformaties van semiconductors.  Nu blijken deze ook een grote rol te spelen in het verval van de opbrengst over tijd. 

“We verlichtten de perovskiet films over tijd om veroudering door zonlicht na te bootsen. Daarbij ontdekten we dat de meest interessante dynamiek plaatsvindt bij deze nano trap clusters. Nu weten we dat dezelfde carrier traps die de efficiëntie beperken ook in direct verband staan met de, even belangrijke, duurzaamheid van de cel", aldus co-auteur van de studie Stuart Macpherson van de Cambridge's Cavendish Laboratory.

Stuart en zijn collega’s zijn dan ook enthousiast over het feit dat hiermee de kans ontstaat de twee belangrijkste uitdagingen op te lossen bij dezelfde bron. Door de chemische samenstelling van de perovskiet te wijzigen en hoe deze in de film gevormd wordt, kon het team al controleren hoe deze clusters zich vormen en daarmee de duurzaamheid verlengen.