Telkens als ik mensen vertel dat ik met zonnecellen werk, krijg ik dezelfde twee vragen: worden ze ooit echt goedkoop? En kun je wat voor me halen? Hoewel het antwoord op de tweede vraag nee is, is het antwoord op de eerste veel positiever. Jaar na jaar doken zonnepanelen in prijs en verbeterden ze de efficiëntie waarmee ze licht in energie konden omzetten.

Tegelijkertijd blijven de fossiele brandstofkosten stijgen en in de komende jaren zullen we het punt bereiken waarop de kosten elkaar overlappen - sommige cijfers suggereren dit is misschien al gebeurd. De vraag is niet of zonne-energie fossiele brandstoffen kan vervangen als het goedkoopste middel om energie te produceren, maar eerder wanneer.

Hoewel dit een enorme impuls heeft gegeven aan de zonne-energie-industrie, is de grootste opwinding in de zonne-energiesector van vandaag het gevolg van een nieuw type materiaal: perovskiet. De combinatie van enkele van de beste kwaliteiten van meer gangbare materialen, is ongelooflijk flexibel gebleken - tot het punt dat onderzoekers van de Universiteit van Sheffield perovskiet-zonnecellen als een spuitvloeistof hebben vervaardigd. Dus wat is perovskite en wat is het gezoem eromheen?

Zonnecellen, het onderdeel van zonnepanelen dat op licht reageert, zijn opgebouwd uit wat bekend staat als fotovoltaïsche materialen. Wanneer licht deze materialen raakt, worden elektronen vrijgemaakt om door het materiaal te bewegen. Met een zorgvuldig ontwerp van de structuur van deze zonnecellen, kunnen deze elektronen worden verzameld in een stroom van elektrische stroom. Dit is het proces dat zorgt voor de ietwat magische eigenschap van zonnepanelen - zonlicht in en elektriciteit uit.

Binnen een zonnepaneel

Globaal genomen kunnen zonnecellen worden onderverdeeld in twee verschillende groepen - die op basis van anorganische fotovoltaïsche materialen, zoals silicium of cadmiumtellurideen die op basis van specifieke organische verbindingen, zoals PCDTBT. Beide hebben hun eigen respectievelijke voor- en nadelen.

De anorganische materialen zijn al industrieel goed ingeburgerd, in staat om licht om te zetten naar elektriciteit met meer dan 20% efficiëntie en zonnepanelen te creëren met meer dan 25-jaarlevensduur. Het nadeel is dat de benodigde grondstoffen, vooral met silicium, duur kunnen zijn.

Organische zonnecellen zijn gebaseerd op potentieel goedkope materialen en kunnen zelfs worden vervaardigd uit een vloeibare oplossing, waardoor ze erg snel en goedkoop te produceren zijn. Maar zelfs op laboratoriumschaal hebben organische zonnecellen moeite om een ​​efficiëntie van meer dan 10% te bereiken. Nog belangrijker is dat de organische verbindingen geleidelijk worden afgebroken onder licht, waardoor de paneellevensduur vaak tot maanden of weken in plaats van jaren wordt verkort. Bijgevolg zijn deze organische materialen zelden gebruikt om zonnepanelen te produceren, omdat niemand van het idee houdt om op hun dak te moeten klimmen om ze om de zes maanden te vervangen. Idealiter willen we een zonnecel met de prestaties en langdurige stabiliteit van anorganische materialen met de ultra-lage kosten van organische materialen.

Voer Perovskite

In de afgelopen paar jaar is onderzoek naar zonne-energie getuige geweest van de opkomst van een opmerkelijke nieuwe klasse van materialen die bekend staat als perovskieten. Dit is een hybride organisch-anorganisch materiaal, in wezen een organische verbinding waaraan een anorganisch element is bevestigd. Perovskiet verwijst naar het specifieke type kristalstructuur, dat van nature voorkomt in bepaalde mineralen. Deze hybride verbindingen hebben deze kristalstructuur maar zijn ook een complexe combinatie van organische ammoniak en methylgroepen waaraan anorganisch loodjodide of loodchloridemoleculen zijn bevestigd.

De reden voor de opwinding rond deze materialen is het ronduit onthutsend tempo waarin zij hebben ontwikkeld. Eerder wanneer een nieuwe materiaal werd ontdekt had wat 10-20 jaren van onderzoek genomen om een ​​rendement van zelfs 10% te bereiken. Perovskiet zonnecellen alleen ontstaan ​​in 2012, maar hebben al geklokt up omzettingen van meer dan 19% efficiëntie. Deze verrassende ontwikkelingssnelheid is ongekend in onderzoek op zonne-energie.

Als hybride materiaal, en met goede efficiënties zoals met anorganische materialen, kunnen perovskieten ook profiteren van het vermogen van organische zonnematerialen om als een vloeibare oplossing te worden toegepast. Dit is wat professor David Lidzey's groep aan de Universiteit van Sheffield heeft geprofiteerd van het spuiten van het perovskiet als een vloeibare coating op een substraatmateriaal. Hierdoor kunnen zonnecellen met hoge volumes en lage kosten worden vervaardigd.

De toekomst van Perovskites

Betekent dit dat alle toekomstige zonnecellen zal worden gebaseerd op perovskieten? Het is veel te vroeg om te zeggen. Hoewel ze hebben vele voordelen zijn er nog een aantal belangrijke uitdagingen die moeten worden overwonnen.

Er zijn enkele vragen met betrekking tot de potentiële milieu-impact van de loodinhoud van het materiaal (hoewel er aan het werk is om de vereiste voor lood te verwijderen) en hoe gemakkelijk de productie kan worden opgeschaald naar een bruikbare commerciële omvang. Net als bij organische zonnecellen is hun stabiliteit op lange termijn ook zeer twijfelachtig en ze zijn bijzonder gevoelig voor vocht - een paar druppels water kunnen het materiaal volledig vernietigen.

Dus het bouwen van een zonnepaneelmodule perovskiet die tientallen jaren buiten kan overleven, is hoogstwaarschijnlijk nog een eind weg - in feite is er geen garantie dat het zelfs mogelijk is. Maar wat zeker is, is dat het potentieel van perovskiet-zonnecellen enorm is en dat als de belofte van het materiaal kan worden gerealiseerd, het de mogelijkheden van zonne-energie volledig kan veranderen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Lesen Sie hier originele artikel.

Over de auteur

Jon Major is een Research fellow aan de Universiteit van Liverpool. Zijn onderzoeksinteresses omvatten dunne film, fotovoltaïsche cellen, halfgeleiders en transparante geleiders.

Openbaarmakingsverklaring: Jon Major is aangesloten bij het nationale SUPERGEN 'supersolaire' onderzoeksconsortium.

Aanbevolen boek:

Groene tovenarij: natuurbehoud, zonne-energie, biologisch tuinieren en andere praktische vaardigheden uit de juiste technische toolkit - door John Michael Greer

In de oudheid was een tovenaar een freelance intellectueel wiens belangrijkste handelsvoorraad een goed advies was, ondersteund door een gedegen opleiding in landbouw, navigatie, politieke en militaire wetenschappen, talen, handel, wiskunde, geneeskunde en de natuurwetenschappen. Dit boek is een must read voor iedereen die bezorgd is over het verminderen van onze afhankelijkheid van een overbelast industrieel systeem en, in een wereld van ernstig energietekort en economische problemen, het leven veel minder traumatisch en leefbaarder maken. Van de basisconcepten van ecologie tot een overvloed aan praktische technieken, Green Wizardry is een uitgebreide handleiding voor de tovenaar-in-training van vandaag.

Klik hier voor meer info en / of om dit boek te bestellen.